留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
    下载: 导出CSV

    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
  • [1] 王瑞东, 倪章松, 张军, 等. 高速列车串列升力翼翼型优化设计[J]. 空气动力学学报, 2022, 40(2): 129–137. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0203

    WANG R D, NI Z S, ZHANG J, et al. Optimization design of tandem airfoils on high-speed train[J]. Acta Aerody-namica Sinica, 2022, 40(2): 129–137. doi: 10.7638/kqdlxxb-2021.0203
    [2] SHELDAHL R E, KLIMAS P C. Aerodynamic characteris-tics of seven symmetrical airfoil sections through 180-degree angle of attack for use in aerodynamic analysis of vertical axis wind turbines[R]. SAND-80-2114, 1981. doi: 10.2172/6548367
    [3] McALISTER K W, TAKAHASHI R K. NACA 0015 wing pressure and trailing vortex measurements[R]. NASA-TP-3151, 1991.
    [4] JOSLIN R D, BAKER W J, PATERSON E G, et al. Aerodynamic prediction of a NACA0015-flap control con-figuration[C]//Proc of the 40th AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit. 2002. doi: 10.2514/6.2002-410
    [5] LEE S J, JEONG E C, LIM H C. Numerical study on aerodynamic characteristics of NACA0015[J]. Applied Mechanics and Materials, 2013, 302: 640–645. doi: 10.4028/www.scientific.net/amm.302.640
    [6] AHMED M R, TAKASAKI T, KOHAMA Y. Aerodynamics of a NACA4412 airfoil in ground effect[J]. AIAA Journal, 2007, 45(1): 37–47. doi: 10.2514/1.23872
    [7] SINGH N. Analysis of aerodynamic characteristics of various airfoils at sonic speed[J]. International Journal of Engineering Research & Technical, 2016, 5(9): 405–411. doi: 10.17577/ijertv5is090321
    [8] GERAKOPULOS R, BOUTILIER M S H, YARUSEVYCH S. Aerodynamic characterization of a NACA 0018 airfoil at low Reynolds numbers[C]//Proc of the 40th Fluid Dynamics Conference and Exhibit. 2010: 4629. doi: 10.2514/6.2010-4629
    [9] GAO D G, NI F, LIN G B, et al. Aerodynamic analysis of pressure wave of high-speed maglev vehicle crossing: model-ing and calculation[J]. Energies, 2019, 12(19): 3770. doi: 10.3390/en12193770
    [10] 毕海权, 雷波, 张卫华. TR型磁浮列车气动力特性数值计算研究[J]. 铁道学报, 2004, 26(4): 51–54. doi: 10.1007/BF02911033

    BI H Q, LEI B, ZHANG W H. Research on numerical calculation for aerodynamic characteristics of the TR maglev train[J]. Journal of the China Railway Society, 2004, 26(4): 51–54. doi: 10.1007/BF02911033
    [11] 庄礼贤, 尹协远, 马晖扬, 等. 流体力学(第2版)[M]. 合肥: 中国科学技术大学出版社, 2009.
    [12] VERSTEEG H K, MALALASEKERA W. An introduction to computational fluid dynamics[M]. 北京: 世界图书出版公司北京公司, 2000.
    [13] YAO S B, SUN Z X, GUO D L, et al. Numerical study on wake characteristics of high-speed trains[J]. Acta Mechanica Sinica, 2013, 29(6): 811–822. doi: 10.1007/s10409-013-0077-3
    [14] 姚曙光, 许平. 国产磁浮列车外形气动性能分析[J]. 铁道机车车辆, 2007, 27(3): 33–34,69. doi: 10.3969/j.issn.1008-7842.2007.03.012

    YAO S G, XU P. Aerodynamic shape optimization of domestic maglev train[J]. Railway Locomotive & Car, 2007, 27(3): 33–34,69. doi: 10.3969/j.issn.1008-7842.2007.03.012
    [15] McGHEE R J, BEASLEY W. Low speed aerodynamic characteristics of a 17 percent thick airfoil section designed for general aviation applications[R]. NASA-TN-D-7428, 1973.
  • 加载中
图(13) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  3209
  • HTML全文浏览量:  159
  • PDF下载量:  58
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回

    重要公告

    www.syltlx.com是《实验流体力学》期刊唯一官方网站,其他皆为仿冒。请注意识别。

    《实验流体力学》期刊不收取任何费用。如有组织或个人以我刊名义向作者、读者收取费用,皆为假冒。

    相关真实信息均印刷于《实验流体力学》纸刊。如有任何疑问,请先行致电编辑部咨询并确认,以避免损失。编辑部电话0816-2463376,2463374,2463373。

    请广大读者、作者相互转告,广为宣传!

    感谢大家对《实验流体力学》的支持与厚爱,欢迎继续关注我刊!


    《实验流体力学》编辑部

    2021年8月13日