摘要
转向架区域的气动阻力是列车总气动阻力的重要组成部分。目前关于高速列车空气动力学的研究，部分学者对转向架进行了不同程度的简化，忽略了转向架结构改变对列车气动性能的影响。本文参照某型高速动车组的动车和拖车转向架，建立了3种不同简化转向架的高速列车数值计算模型。采用计算流体动力学方法，对不同车型在不同环境下运行时的流场规律进行数值模拟，总结了转向架简化对列车气动性能的影响。 基于三维、定常、不可压缩N-S方程和RANS方法对高速列车在明线稳定运行时的流场特征进行仿真模拟。结果表明：转向架简化对高速列车明线气动特性具有重要影响。阻力方面，随着转向架的简化，不同列车阻力均呈增大趋势，头车增幅最大，为35.7%；升力方面，头、尾车升力均呈减小趋势，其中尾车最大可降低 29.5%；流场压力方面，转向架简化会导致头车一位端转向架舱下游的正压范围增大，同时，头、尾车流线型区段内的压力系数峰值显著增高；尾部流场方面，转向架简化使列车鼻尖两侧的涡流脱落轨迹向列车纵向对称中心靠拢，造成鼻尖底部的涡旋体积增大，导致尾部流场更加紊乱。 基于 SST k-ω 两方程湍流模型的 RANS 方法，对不同车型在横风环境下的各项气动力以及流场压力进行模拟计算，并结合 IDDES 方法，以对列车背风侧的流场特征进行更精确的捕捉。结果表明：转向架简化主要对头车和尾车气动力特性构成明显影响，中间车受到的影响相对较小。其中，头车气动阻力与转向架简化紧密关联，随着转向架结构的简化，头车阻力增大了69.3%；尾车升力和侧向力受到明显影响，具体为升力增加了23.5%，侧向力上升了22.1%。此外，通过对比列车背风侧涡流的非定常特性发现，不同车型背风侧湍涡的发展轨迹、涡旋尺度以及涡量大小等规律基本一致。 基于雷诺平均法，研究了高速列车在不同路况上运行时，其空气动力学特性受到横风来流的影响规律。结果表明：对于不同运行路况上的高速列车，转向架简化对横风环境下气动性能的影响规律存在部分差异。其中，相同点在于，各车型转向架舱的流场压力，除头车一位端位置的转向架舱以外，剩余转向架舱后端的正压区域，均随转向架的简化而增大，导致头、尾车的气动阻力均呈现递增趋势；不同点在于，尾车气动升力的在不同路况下的变化规律并不一致，在3m路堤和10m桥梁上，尾车升力随转向架简化表现出减小趋势，但在6m路堤上却呈增长趋势。
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