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高速列车车顶–升力翼组合体气动特性

高建勇 张军 倪章松 周鹏 朱彦 王成强 高广军

高建勇, 张军, 倪章松, 等. 高速列车车顶–升力翼组合体气动特性[J]. 实验流体力学, 2023, 37(1): 29-35 doi: 10.11729/syltlx20220053
引用本文: 高建勇, 张军, 倪章松, 等. 高速列车车顶–升力翼组合体气动特性[J]. 实验流体力学, 2023, 37(1): 29-35 doi: 10.11729/syltlx20220053
GAO J Y, ZHANG J, NI Z S, et al. The aerodynamic characteristics of roof-wing combination of a high-speed train[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(1): 29-35 doi: 10.11729/syltlx20220053
Citation: GAO J Y, ZHANG J, NI Z S, et al. The aerodynamic characteristics of roof-wing combination of a high-speed train[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2023, 37(1): 29-35 doi: 10.11729/syltlx20220053

高速列车车顶–升力翼组合体气动特性

doi: 10.11729/syltlx20220053
基金项目: 国家重点研发计划(2020YFA071090406)
详细信息
    作者简介:

    高建勇:(1996—),男,重庆梁平人,硕士研究生,研究实习员。研究方向:流体力学,气动噪声。通信地址:四川省成都市青羊区二环路西二段75号成都流体动力创新中心(610072)。E-mail: gjy2014210502@163.com

    通讯作者:

    E-mail:jzhang@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: U271.91

The aerodynamic characteristics of roof-wing combination of a high-speed train

  • 摘要: 高速列车升力翼通过气动增升实现车体等效减重,为高速列车节能降耗提供了新思路。升力翼气动性能直接影响等效减重效果,研究车顶–升力翼组合体在不同工况下的气动特性对列车升力翼设计具有重要意义。采用计算流体力学方法和kε模型进行数值仿真研究,分析了车–翼连接杆对升力翼气动特性的影响,研究了升力翼飞高、来流速度、迎角等设计参数对升力翼气动特性的影响规律。研究结果表明:采用NACA0012翼型剖面的车–翼连接杆对升力翼升力和阻力的影响不超过3.7%;在车顶模型前缘引起的高速气流影响下,随着升力翼飞高增大,冲击升力翼的气流速度减小,升力有减小的趋势,在3倍弦长飞高范围内,不同飞高升力翼的升力差值最大不超过3%;当来流速度增大至90 m/s以上时,升力翼的升力系数和阻力系数分别稳定在1.62和0.61附近;在0°~22°迎角范围内,升力翼升力系数不断增大,迎角大于22°后,升力翼升力系数减小。
  • 图  1  模型尺寸

    Figure  1.  The size of model

    图  2  计算域

    Figure  2.  Computational domain

    图  3  网格分布

    Figure  3.  Mesh distribution

    图  4  空间密度盒

    Figure  4.  Density box

    图  5  纵向对称面速度云图

    Figure  5.  Velocity nephogram of longitudinal symmetry plane

    图  6  纵向对称面压力云图

    Figure  6.  Pressure nephogram of longitudinal symmetry plane

    图  7  车–翼连接杆不同高度的流场

    Figure  7.  Flow field of train-wing connection rod at different heights

    图  8  纵向对称面速度分布

    Figure  8.  Velocity nephogram of longitudinal symmetry plane

    图  9  模型压力云图对比

    Figure  9.  Model pressure nephogram comparison

    图  10  不同飞高下的流场纵向对称面压力云图

    Figure  10.  Pressure nephogram of longitudinal symmetry plane at different fly heights

    图  11  升力翼气动系数随速度的变化

    Figure  11.  Variation of aerodynamic coefficients of lift wing with velocity

    图  12  升力翼气流分离点对比

    Figure  12.  Comparison of lift wing air flow separation points

    图  13  迎角对气动系数的影响

    Figure  13.  Influence of attack angle on aerodynamic coefficient

    表  1  密度盒网格尺寸

    Table  1.   Density box mesh size

    网格模型空间密度盒内网格最大尺寸/mm
    密度盒1和2密度盒3密度盒4
    粗网格90140240
    中网格3060100
    细网格203060
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    表  2  仿真工况

    Table  2.   Numerical simulation case

    车–翼连接杆v/(m·s−1)Hα/(°)
    有车–翼连接杆
    无车–翼连接杆
    80,110,1401C,2C,3C3,6,12
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    表  3  升力翼升力系数

    Table  3.   Lift wing lift coefficient

    α/(°)连接杆升力系数
    v=80 m/sv=110 m/sv=140 m/s
    3
    0.899 0.859 0.863
    0.904 0.892 0.894
    6
    1.185 1.163 1.166
    1.200 1.140 1.143
    12
    1.727 1.620 1.624
    1.733 1.626 1.630
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    表  4  升力翼阻力系数

    Table  4.   Lift wing drag coefficient

    α/(°)连接杆阻力系数
    v=80 m/sv=110 m/sv=140 m/s
    3
    0.148 0.242 0.241
    0.147 0.250 0.249
    6
    0.214 0.347 0.346
    0.219 0.336 0.336
    12
    0.410 0.612 0.611
    0.415 0.616 0.615
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    表  5  升力翼升力

    Table  5.   Lift force of lift wing

    H升力翼升力/N
    v=80 m/sv=110 m/sv=140 m/s
    1C11145.119689.031959.4
    2C11036.619561.831752.2
    3C10856.419262.131267.5
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-20
  • 修回日期:  2022-07-25
  • 录用日期:  2022-08-18
  • 网络出版日期:  2022-10-09
  • 刊出日期:  2023-02-25

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    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日