1.一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于:所述方法以于高速列车横向成对布置,对称安装于高速列车车体侧墙内部的高速列车侧翼升力调控装置为布设对象,在满足高速列车行车安全及减阻降耗的前提条件下,通过流体力学仿真计算与试验方法进行高速列车侧翼升力调控装置的布置结构形式确定、布置规模及安装位置优化,具体方法包括以下步骤:
1)根据铁路及车辆限界条件,确定高速列车侧翼升力调控装置限界内车体两侧有效安装空间;结合高速列车侧翼升力调控装置工作时最大伸缩空间需求,确定适用于应用车型及开行线路的高速列车侧翼升力调控装置工作时有效伸缩长度范围及最优工作尺度;
2)以特定应用固定编组高速列车为实车试验对象,在列车车体外表面布设安装多个速度及压力动态传感器,通过信息采集、分析及处理程序,构建运行高速列车空间受力三维模型,同时插值模拟建立有限元分析模型;
3)高速列车纵向计算参考位置点选择:
31)在步骤2)的基础上,在高速列车纵向对称面分别以高速列车前后司机室导流罩前端流场滞止点为参考计算范围起终点的外轮廓为基础,提取外轮廓外围200mm范围处速度场分布状态,
32)选取典型速度场突变区段及稳定区段位置纵向位置,有头车司机室前端流线型尾端连接处x/l=0、列车中部x/l=0.5及尾车司机室前端流线型尾端连接处x/l=1三个纵向位置点;
4)确定高速列车侧翼升力调控装置横向面内最优安装范围:
41)在步骤3)以所提取的三个纵向位置点为研究基础,分别以高速列车两侧下部裙板边缘点为参考计算范围起终点,计算头车司机室前端流线型尾端连接处x/l=0、列车中部x/l=0.5及尾车司机室前端流线型尾端连接处x/l=1三个纵向位置点横断面外轮廓上外围
200mm范围速度场分布状态;
42)选取高速列车两侧较为流场流速较高且结构较为稳定的车侧区段(ca1 cb1)及对~
侧对称车侧区段(ca2 cb2)作为高速列车侧翼升力调控装置横向两侧最优安装范围;
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5)在步骤3)所述纵向位置点范围内,结合高速列车双向运行特点,确定高速列车侧翼升力调控装置同侧一组前后等高对称设置,车体两侧成组对称布置的结构形式;
6)确定高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围:
61)在步骤2)的基础上,在无风环境长大明线上高速列车以运营时速运行的工况条件下,根据试验实测数据,计算出每个车体及整车所受空气阻力、升力、横向力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩;
62)分析确定高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围,即由于高速列车运行时前后车气动升力不均衡而造成的整车俯仰现象,基于升力不平衡车体,确定影响不平衡表征范围(Sa0 Sb0),列车具备双向运行要求时,包括对称在尾侧的尾侧不平衡表征范~围(Sa1 Sb1);
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7)确定高速列车运营时速工况下克服整车升力不平衡侧翼升力调控装置布置方案:在步骤62)的基础上,结合高速列车司机室流线型设计、及车内设备布局、双向运行特点,在所述不平衡表征范围(Sa0 Sb0)内,纵向逐次装配布置步骤5)所述的高速列车侧翼升力调控~装置布置结构形式,分别根据实车试验结果,分析判断并确定满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1;
8)高速列车除克服整车升力不平衡侧翼后的单组侧翼升力调控装置协同布置方案:
81)在步骤7)的基础上,满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1之间所限定的纵向中部有效长度为第一研究空间,空间范围内逐次装配布置侧翼升力调控装置,并进行实车试验,分别根据实测数据建模分析,判断并确定满足行车安全指标的第三最优布置点Pa2及尾侧对称位置的第四最优布置点Pa3;
82)判断单组侧翼升力调控装置布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求,如果不满足条件,则该型车在具体条件运行下侧翼升力调控装置安装位置优化及选择继续执行下述步骤;
9)高速列车除克服整车升力不平衡侧翼后的2组侧翼升力调控装置协同布置方案:
91)在步骤8)的基础上根据双向运行的特点,采用实车试验的方法,验证优化同时启用前后两组侧翼升力调控装置的高速列车气动特性,并确定2组侧翼升力调控装置协同布置方案;
92)分析判断并确定满足行车安全指标,同时判断2组侧翼升力调控装置布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求,如果不满足条件,则该型车在具体条件运行下侧翼升力调控装置安装位置优化及选择继续执行下述步骤;
10)高速列车除克服整车升力不平衡侧翼后的多组侧翼升力调控装置协同布置方案:
依次在上述步骤中所确定最优布置点的情况下,以高速列车两侧纵向中部空置有效长度空间为研究对象,逐次逐一装配侧翼升力调控装置进行实车试验,确定较优点,同时在较优点的基础上,分析判断并确定满足行车安全指标,并判断多组侧翼升力调控装置布置时是否满足减阻降耗指标要求,如果不满足条件,则继续增设侧翼升力调控装置重新计算确定。
2.根据权利要求1所述的一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于:
所述高速列车侧翼升力调控装置于高速列车横向成对布置,对称布设于高速列车车体侧墙内部,包括侧翼、联动连杆组件、控制单元、驱动电机及固定安装座,在驱动电机及所述联动连杆组件的联动驱动下,实现多级侧翼同步横向伸缩运动,工作时根据具体外环境状态在控制单元的统一调控下控制两侧多个多级侧翼逐级伸出进行升力调控。
3.根据权利要求1所述的一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于:
步骤2)中运行高速列车空间受力三维模型及有限元分析模型的构建,可通过计算机辅助设计技术创建一比一比例的固定编组高速列车的三维模型,并将所述三维模型导入流体力学仿真软件中,给定控制方程,设定边界条件、计算流体参数、设定计算网格,构建有限元分析模型。
4.根据权利要求3所述的一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于:
所述有限元分析模型的高速列车空气动力学计算中,计算流体特征长度等于列车车体高度,车体表面及高速列车侧翼升力调控装置多级侧移表面为无滑移壁面边界条件,外流场上表面和侧面设为无滑移光滑壁面边界条件。
5.根据权利要求1所述的一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于:
步骤1)中高速列车侧翼升力调控装置的所述有效安装空间为满足客运专线铁路基本建筑限界、桥隧限界及具体应用车型的车辆限界的高速列车车体两侧的左有效安装空间S1及右有效安装空间S2。
6.根据权利要求1所述的一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法,其特征在于,所述行车安全指标包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。
7.根据权利要求1所述一种高速列车侧翼升力调控装置安装布置方法所选择确定的装配有高速列车侧翼升力调控装置的高速列车,其高速列车侧翼升力调控装置的协同控制方法,其特征在于:高速列车侧翼升力调控装置的协同控制系统包括硬件系统和软件系统两个组成部分,其中所述硬件系统由列车行车车载信息设备与侧翼升力采集系统组成,所述软件系统由数据处理及可视化分析模块与多级侧翼实时智能调控模块组成,在所述协同控制系统调控下,具体协同控制方法包括以下步骤:
701)高速列车行车信息采集:通过列车行车车载信息设备采集并记录列车行车速度、车辆的性能参数、运行外风环境指标及运行线路信息;
702)侧翼系统数据实时采集:通过在高速列车侧翼升力调控装置多级侧翼表面安装布设多个动态压力传感器来采集高速列车侧翼升力调控装置工作时实时动态压力数据,其中单侧单个高速列车侧翼升力调控装置压力传感系统包括沿多级侧翼从前至后上下边缘依次布置的左一级侧翼动态压力传感器、左二级侧翼动态压力传感器及左三级侧翼动态压力传感器;
703)侧翼系统受压三维模型构建及计算处理:利用步骤701)所采集到的数据点,根据每个数据点空间位置坐标依次建立多级侧翼受力三维数据模型;分析剔除采集数据中的突变点及失效点数据,利用插值方法,构建满足精度的高速列车侧翼升力调控装置流体力学计算模型,分析计算高速列车侧翼升力调控装置所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩;
704)高速列车侧翼升力调控装置工作姿态及动力学行为确定:根据步骤703)所计算的多级侧翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩,进行可视化实时输出,并确定高速列车侧翼升力调控装置当前运行状态是否满足行车安全指标及减阻降耗指标要求,计算判断满足,则维持该工作姿态持续运行,计算判断不满足,则进入下一步骤;
705)高速列车侧翼升力调控装置运行状态不满足行车安全指标及减阻降耗指标要求时,启动多级侧翼实时智能调控,根据当前运行风环境运行及运行速度等级条件下所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩,协同控制高速列车前后左右多组高速列车侧翼升力调控装置进行适应性调控,以满足行车安全指标及减阻降耗指标要求,其中适应性调整表现在高速列车根据运行外环境侧风影响而控制左右两侧多级侧翼不同伸缩长度工作状态。
8.根据权利要求7所述的高速列车侧翼升力调控装置的协同控制方法,其特征在于:所述左一级侧翼动态压力传感器、左二级侧翼动态压力传感器及左三级侧翼动态压力传感器为电感式压力传感器,分别采集输出实时点动态压力信号,经过信号调理,至数据采集卡,在计算机中进行实时存储和处理,其中计算机硬件及软件系统包括驱动程序、内存、侧翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台。
9.根据权利要求7所述的高速列车侧翼升力调控装置的协同控制方法,其特征在于:所述多级侧翼实时智能调控模块包括整车升力平衡、行车安全及减阻降耗分析系统、左侧多级伸缩侧翼控制单元及右侧多级伸缩侧翼控制单元,所述左侧多级伸缩侧翼控制单元及右侧多级伸缩侧翼控制单元对应控制机构相对独立,在所述左侧多级伸缩侧翼控制单元及右侧多级伸缩侧翼控制单元的联动控制下实现左右两侧的速列车侧翼升力调控装置的多级侧翼伸缩运动,同时在侧风环境中实现伸缩补偿。
10.根据权利要求7所述的高速列车侧翼升力调控装置的协同控制方法,其特征在于,所述行车安全指标包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。