高速列车空气动力学性能计算和试验鉴定暂行规定.docx

1、高速列车空气动力学性能计算和试验鉴定暂行规定高速列车空气动力学性能计算和试验鉴定暂行规定附录A 列车空气动力学基本参数、符号及单位 9附录B 列车空气动力性能、噪声参数说明 10附录C 坐标系 111 范围本暂行规定规定了高速列车空气动力计算、试验及评估鉴定的要求。本暂行规定适用于标准轨距铁路线上营运速度为200km/h到350km/h范围内的高速客运列车；对最高营运速度低于200km/h的客运列车以及需要考虑空气动力性能问题的货运列车可参照使用。2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准均会被修订，使用本标准的各方应探讨、

2、使用下列标准最新版本的可能性。GB192080 标准大气（30km以下部分）；GJB117991 高速风洞和低速风洞流场品质规范； 京沪高速铁路建设暂行规定。3 列车空气动力学基本参数、符号及单位本暂行规定所有参数均采用国际单位制。计算、试验中用到的基本参数及计量单位见附录A。4 列车空气动力性能、噪声参数说明及坐标系本暂行规定用于表示列车空气动力性能、噪声的参数及坐标系见附录B、附录C。5 列车外形及空气动力性能基本要求5.1 列车外形基本要求5.1.1 列车空气动力性能主要取决于列车外形，应根据运行速度要求，结合生产工艺条件，合理设计满足空气动力性能要求的列车外形，同时需符合高速铁路机车车

3、辆限界技术条件。5.1.2 车体横截面形状应采用腰鼓形，或者采用折线形式的侧墙以圆弧与车顶和车底罩相连。5.1.3 头部鼻锥下方应设置导流板，注意导流板形状的设计。5.1.4 车体底部除转向架部位外，应设置全封闭底罩。5.1.5 列车编组，车体横截面形状应尽可能相同，不同横截面形状车体混编时，应设置平滑过渡段。5.1.6 空调及冷却系统进风口应尽可能布置在列车表面压力为正压区域，排风口则应布置在负压较大的区域。5.1.7 列车外形应尽可能避免以下部位产生涡流：车头受电弓牵引缓冲装置车体底部把手、缝隙、凹槽等车辆连接处5.2 列车空气动力性能基本要求5.2.1 列车的空气动力性能用运行列车本身承

4、受及对环境作用的空气动力、力矩、压力及其系数表示（见附录B）。5.2.2 列车空气阻力用阻力系数Cx衡量。通过数值模拟计算和风洞试验得到。在无环境风影响条件下，不同运行速度列车的Cx值应不超过下表规定值。表5-1 各种运行速度列车空气阻力系数Cx允许最大值列车运行速度km/h200250300350 阻力 系数 头 车（有受电弓）0.250.220.200.19头 车（无受电弓）0.180.170.16尾 车（有受电弓）0.280.260.220.21尾 车（无受电弓）0.190.180.17中间车（有受电弓）0.160.150.15中间车（无受电弓）0.100.090.090.095.2.3

5、 列车交会空气压力波用空气压力变化幅值衡量。分明线交会和隧道内交会两种情况。由数值模拟计算、动模型模拟试验、实车试验得到。不同复线间距、不同交会速度时，列车交会空气压力波允许的最大幅值见下表。表5-2 列车交会空气压力波允许的最大幅值(隧道数据待定)复线 各种列车交会速度（km/h）列车交会空气压力波幅值（Pa）间距200/200250/250300/300330/330350/350(m)明线隧道明线隧道明线隧道明线隧道明线隧道4.013504.613001850223025005.0142017101920 5.2.4 列车运行时的空气动力升力Fz，由数值模拟计算和风洞试验得到。在无环境风

6、影响条件下，应满足：头车的Fz0、中间车和尾车的Fz接近于零。5.2.5 列车表面压力用压力系数衡量。通过数值模拟计算、风洞试验和实车试验得到。除受电弓、转向架部位外，其余部位应无空气流动分离现象。列车表面压力绝对值应尽可能小。5.2.6 在垂直于列车纵向对称面的常值侧风作用下，列车运行速度限值的规定见下表。列车运行横向稳定性需满足规定限值的要求。侧风风速（m/s）15253040列车运行速度限值（km/h）2502001601205.2.7 计算侧风对列车横向稳定性影响时，应包括运行列车垂直于列车纵向对称面的常值侧风作用下的迎风面和背风面压力及空气升力。5.2.8 车厢（包括司机室）气密性要

7、求：在门窗关闭情况下，车厢及司机室内部空气压力由3600Pa降至1350Pa，所需时间应大于36秒。在产品出厂前进行试验验证。5.2.9 车厢（包括司机室）内部空气压力变化：在隧道内列车交会时乘员感受到的空气压力变化应小于1000Pa。通过实车试验验证。5.2.10 在空气动力作用下对受电弓的弓网接触性能要求：运行列车顶风速度达到26m/s时，空气动力引起弓网之间的附加压力应小于120N；运行列车顶风速度达到40m/s时，受电弓对电网导线在接触点处的举升应小于100mm；列车按允许速度运行，在环境风影响下，弓网之间的接触力应小于下述极限值：接触力均值 120N接触力峰值 200N接触力标准误差

8、 22%；受电弓应具有能承受垂直于列车前进方向、风速达40m/s的风载荷能力，在距受电弓降下位置1.5m高度处，其最大侧偏量应小于30mm。受电弓的弓网接触性能各参数由数值模拟计算和试验验证。5.2.11 列车风对周围环境的影响列车通过时，列车侧面、尾部流场的压力和速度应满足京沪高速铁路建设暂行规定。列车通过时，列车尾部流场的速度应不使规定的道碴卷起。分别通过计算和试验验证。6 声学要求随着列车运行速度提高，空气动力噪声在总的噪声中所占比重愈大，对降低高速列车运行时产生的噪声，采取的措施主要应从列车空气动力学角度考虑，为此，将声学要求列入本暂行规定。6.1 运行噪声列车交会时，不允许产生爆破声

9、。列车不停车以规定速度驶过时，在离轨道轴线25m远和距轨道顶面3.5m高处测得的A声级值不得高于89dB(A)。6.2 进站噪声列车入站时，在离轨道轴线25m远和距轨道顶面3.5m高处测得的A声级值不得超过68dB(A)。6.3 客车车厢内部噪声列车以规定速度行驶时，一等车厢内旅客耳朵处的A声级值不得超过65dB(A)，在二等车厢内（包括餐车）不得超过68dB(A)。在隧道内该值最多可以高出5dB(A)。由空调等成套设备发出的A声级值，在旅客耳朵处，无论是停车还是行驶时，均不得高于5560dB(A)。6.4 电话位置列车以最高速度行驶时，包括在隧道中，打电话处旅客耳朵处的A声级值也不得超过65

10、dB(A)。6.5 旅客信息系统在广播通知时，旅客耳朵处A声级值必须高于最大室内声级10dB(A)。6.6 包房隔墙包房间的隔墙在装配状态下，必须具有不小于A声级值35dB(A)的隔声度。6.7 司机室内部噪声列车以最高速度在明线中行驶时，司机室内在司机耳朵处的A声级值不得高于68dB(A)。在隧道内该值最多可以高出5dB(A)。7 流场数值模拟计算7.1 计算目的为列车空气动力性能验收评估提供依据。为列车产品设计提供空气动力性能方面的依据。进行列车空气动力性能研究。7.2 计算要求7.2.1 计算内容：列车空气动力、力矩、列车表面压力分布、列车交会空气压力波、列车过隧道时隧道内空气压力变化、

11、风道流场、尾部流场、环境风影响、对周围环境影响。7.2.2 数值模拟计算应基于三维粘性流理论，其中列车交会和过隧道的计算需按三维非定常、可压缩粘性流进行。7.2.3 计算列车交会、过隧道、环境风影响时，需考虑列车与列车、列车与周围环境（隧道、挡风墙、环境风等）的相对运动。7.2.4 数值计算模型至少按头、中、尾三节车建立。7.2.5 应提供数值计算报告数值计算报告应包括计算目的，计算方法，计算内容，计算理论基础，所使用的软件，计算结果及分析，与试验结果对比及相关性分析，计算结果评价，结论及建议。8 空气动力学试验8.1 基本要求8.1.1 试验目的为列车空气动力性能验收评估提供依据。为列车产品

12、设计提供空气动力性能方面的依据。验证数值计算的正确性和精度。进行列车空气动力性能研究。8.1.2 试验进行前应提供试验大纲试验大纲应包括试验目的、试验内容、试验方法、试验条件、试验地点、试验设备、仪器、仪表、时间安排、评估方法。8.1.3 试验完成后应提供试验报告试验报告应包括试验目的，试验内容，试验方法，试验地点，试验设备、仪器、仪表，试验结果及分析，试验结果评估，结论及建议8.2 风洞试验8.2.1 风洞试验内容：列车空气动力、力矩、列车表面压力分布、侧风影响、尾部空间流场8.2.2 风洞试验前需进行风洞流场品质校验（静态和动态），其流场品质应满足GJB117991高速风洞和低速风洞流场品

13、质规范的要求。8.2.3 缩比模型风洞试验应使试验雷诺数Re5105。8.2.4 对每种参试型号均应进行重复性测试精度试验。8.2.5 风洞试验应正确反映地面效应。8.2.6 试验用模型列车至少采用3节车（即头车、尾车和中间车），试验模型缩比应能满足测试要求，且尽可能大。8.2.7 对于侧风影响的试验，侧滑角应考虑不小于20。8.2.8 受电弓等关键部件的空气动力性能试验，建议采用全尺寸模型，并配置相应部位车体外形，以模拟空气对车体的绕流。8.3 动模型模拟试验8.3.1 动模型模拟试验用于测定列车在明线和隧道内交会空气压力波、列车过隧道时隧道内空气压力变化。8.3.2 动模型试验应使试验雷诺

14、数Re5105。8.3.3 对每种参试型号均应进行重复性测试精度试验。8.3.4 动模型列车由三节车组成，模型车缩比不小于1:20。8.4 实车试验8.4.1 实车试验内容：列车表面压力分布、列车交会空气压力波、列车交会时车厢内空气压力变化、风道的冷却风量、列车过隧道时隧道内空气压力变化、环境风影响、对周围环境影响。8.4.2 列车交会试验应实时测定两交会列车侧壁间距和相对速度。附录A 列车空气动力学基本参数、符号及单位序号基 本 参 数符号单位名称单 位备 注1长 度l米m2质 量M千克kg3时 间t秒s4温 度T开尔文K又称热力学温度t摄氏度t=T-273. 155力F牛顿Nmkg/s26

15、压力（压强）P帕斯卡PaN/m2，kg/(ms2)7能、功、热量E焦耳JNm ，m2kg/s28功 率N瓦特WJ/s，m2kg/s39密 度kg/m310音速（声速）m/s无特定要求时，大气中音速可按340m/s计11速 度Vm/s12动力粘度PasNs/m2，kg/(ms)13运动粘度m2/s/14比容积m3/kg1/15重力加速度gm/s2g9.80665m/s216熵SJ/Km2kg/(s2K)17比热容定压J/(kgK)定容J/(kgK)18空气的气体常数RJ/(kgK)空气视为理想气体时， R=287.053 J/(kgK)19动压(速压)qPav220边界层(附面层)厚度m21马赫

16、数Ma流场中某点的流速与当地音速之比22雷诺数Re表征气流惯性力和粘性力相对大小的无因次相似参数Re=vl/附录B 列车空气动力性能、噪声参数说明序号名 称符号计量单位定 义 或 说 明1阻力FxN气动力在车体坐标系Xt轴上的分量2侧向力FyN气动力在车体坐标系Yt轴上的分量3升力FzN气动力在车体坐标系Zt轴上的分量4侧滚力矩MxNm气动力绕车体坐标系Xt轴的力矩5俯仰力矩MyNm气动力绕车体坐标系Yt轴的力矩6偏转力矩MzNm气动力绕车体坐标系Zt轴的力矩7阻力系数CxCxFx/（qs） 其中s为列车正投影面积8侧向力系数CyCyFy/（qs）9升力系数CzCzFz/（qs）10侧滚力矩系

17、数mxmxMx/（qsb） 其中b为左右旁承间距11俯仰力矩系数mymyMy/（qslt）其中lt为车体转向架中心距12偏转力矩系数mzmzMz/（qslt）13空气压力PPa垂直作用在列车表面单位面积上的空气力14压力系数CP P为来流静压（当地大气压） q为来流动压15 噪 声dB（A）“A计权”声压级附录C 坐标系本暂行规定给出的高速列车空气动力学数值计算和试验常用的坐标轴系，均为右手笛卡尔直角坐标系（见图1）。 图1 笛卡尔直角坐标系 图2 车体坐标系地面坐标系Od Xd Yd Zd此坐标系固连于大地。原点Od在地面上的某点；轴Zd铅垂向上；轴Xd 、Yd为水平。车体坐标系Ot Xt

18、Yt Zt此坐标系固连于车体。原点Ot在车体质心；轴Zt在车体纵对称面内，指向上；轴Xt、Yt为水平，且轴Xt平行于车体基准纵轴，指向后（见图2）。结构坐标系Oj Xj Yj Zj此坐标系固连于车体，原点Oj可选择在车体纵轴前端点或后端点，所有坐标轴的指向，同车体坐标系。附录D 各种运行速度列车空气阻力系数Cx允许最大值列车运行速度km/h200250300350 阻力 系数 头 车（有受电弓）0.250.220.200.19头 车（无受电弓）0.180.170.16尾 车（有受电弓）0.280.260.220.21尾 车（无受电弓）0.190.180.17中间车（有受电弓）0.160.150.15中间车（无受电弓）0.100.090.090.09