列车空气动力性能研究

列车空气动力性能研究

0列车空气动力学问题列车的空气动力学是一项复杂的基础科学，用于加快和开发车轮和磁浮高速轨道交通，对高速铁路交通的行车安全和乘客的舒适度有重大影响。过去,中国列车时速一直在120km·h-1以内,列车空气动力学问题并不突出。列车提速后,列车运行阻力急剧增加,能耗过大;列车高速交会产生的空气压力瞬变,导致客车侧墙变形过大,并伴有强烈的空气爆破声,能击碎车窗玻璃,可能使双层集装箱货运列车倾覆。日本在修建世界上第一条高速铁路时,由于对列车空气动力影响行车安全问题估计不足,导致复线间距和隧道断面面积较小(可节约工程投资),尽管随后的几十年日本对改善列车气动性能的外形进行了大量研究(列车流线形头部长度达15m),列车空气动力学仍是影响日本铁路运行速度提高的主要问题。中国既有铁路干线客、货列车不能分时、分线运行,大量旧车短期内难以淘汰,且线间距较小,使列车空气动力问题比国外更为突出。亚欧大陆桥重要通道兰新线穿越新疆大风戈壁地区,自然条件十分恶劣,其百里风区(150km)瞬时最大风速达64m·s-1,约2倍于12级风,是世界铁路之最;自通车以来,屡次发生整列车被吹翻的重大事故;大风季节,由于风力过大,迫使列车经常停轮,大批旅客、货物被滞留,给旅客出行带来极大不便,严重制约了西部经济的发展。同时,中国发展轮轨、磁浮高速列车有一系列空气动力学问题需要解决。为确保行车安全,国家计委、科技部、铁道部、教育部分别将其列为重点科技攻关、国家“863”重大专项、国家高技术产业化、国家自然基金等项目,并已取得了一系列科研成果。1关于列车空气动力学的研究方法1.1模拟程序的编制目前中国采用商业软件和自主开发的软件进行数值模拟计算。商业软件有CFX、FLUENT等。在国内,西南交通大学采用一维可压流,编制了计算隧道内瞬变压力的一维数值模拟程序;中南大学对列车空气阻力、表面压力分布及列车交会、列车过隧道和尾流等方面的动力学问题进行了研究,并拥有自主开发的具有自主知识产权的软件3套:1.1.1间体网格非定常插值耦合信息交换技术本文采用非对称滑移网格技术,即非对称问题的分区计算技术、网格生成与三维空间体网格非定常插值耦合信息交换技术与基于三维可压缩非定常N-S方程,开发出数值计算软件,解决了列车高速交会、过隧道、强横风作用下具有相对运动的数值模拟计算难题。模拟计算结果见图1。模拟计算结果与试验结果相差在10%之内。1.1.2尾流速度场分解此软件将尾流积分理论应用于列车尾部流场分析,可以将气动阻力分解为粘性阻力、涡阻力和源阻力,将尾流速度场分解为由涡诱导的速度场和由源诱导的速度场,用于深入研究列车尾流结构,分析空气阻力的构成及不同尾部形状所产生的尾流对列车动力的影响。1.1.3计算三维流场值的软件此软件用于计算列车气动阻力、升力、横向力、表面压力和周围环境流场计算与分析,在列车设计过程中对多种流线形外形进行比选。1.2地面防范变形试验风洞试验是研究列车空气动力学的重要手段。大型风洞试验在亚洲最大的航天低速风洞完成。为了满足长大形状的列车风洞试验,研制了专用地板和测力专用天平及测力、测压等关键试验技术。同时在国防科技大学的1.0m×0.8m风洞上,研制了多孔均匀吸气地板,能较均匀地控制地板附面层厚度,用于不同厚度固定地板附面层影响研究。目前已完成了大型和小型风洞试验有列车头部形状试验、部件组合优化试验(车体底部形状、内外风挡、受电弓导流罩、导流板、车体截面等)、复杂编组列车及尾部流场试验(国内外首次开展,测试了列车气动阻力、升力、横向力、及相应的力矩、列车表面压力分布、列车尾部流场)、列车空调系统进排风性能试验等,主要目的是为列车外形研究及定型设计、空调及电机电器的进排风口位置确定提供依据;为列车牵引计算与稳定性计算提供气动参数值,为运输模式的确定提供依据。模型缩比分别为1∶6、1∶10、1∶15、1∶20、1∶25等。其中1∶6试验模型和1∶15的9车编组模型均为国际上最大的。1.3试验系统主要技术参数西南交通大学建立了水槽模型试验台,对高速列车进出隧道的过程进行模拟。中南大学轨道交通安全教育部重点实验室自主研制了模型比例与速度处于国际领先水平的高速列车气动特性动模型试验系统,根据流动相似原理,通过弹射方式使模型列车在模型线路上无动力高速运行(即动模型),真实再现高速列车交会与过隧道(图2)等空气三维非定常非对称流动现象,能够模拟两交会列车之间和列车与周围环境(地面、隧道、道旁建筑等)之间的相对运动,真实地反映地面效应。该试验系统的关键技术有:列车瞬态加速技术,在0.4s内,模型列车从静止加速到350km·h-1;列车紧急制动技术,在0.5s内,模型列车从350km·h-1减速到0;高速瞬态车载测试、采集与储存技术,控制技术:控制弹射力加载、安全预警、两交会列车同步发射、两交会列车的车载系统和地面系统同步测试。目前,世界上同类型的动模型试验系统还有另外一套建造于英国,二者主要技术参数见表1。根据大量动模型模拟试验结果,重复性试验相对误差不大于3%,与实车试验结果相差不大于5%。1.4实车试验(1)列车空气动力学行车安全评估试验,包括列车交会、列车过隧道、人员安全退避距离等安全评估试验,为列车的安全评估、运输模式的确定、列车气动外形设计、合理选择线路间距提供依据。(2)列车表面压力分布试验,如空调装置进排风口位置、驾驶员室外形局部曲率变化较大处的压力分布以及列车表面压力分布规律试验,为空调系统设计、空调机组选型、驾驶员室外形设计合理性的检验以及横风影响下的横向力确定提供依据。(3)列车-隧道空气动力学试验,包括列车车厢内外与隧道内的瞬变压力、隧道口微气压波、隧道内列车风速及隧道壁面加速度测试。(4)列车周围环境试验,其包括挡风墙、桥梁、建筑物压力分布和环境风风速测试。(5)列车运行过程中牵引电机冷却风机风量试验,得出牵引电机冷却风机风量随列车运行速度变化的规律,考核风机性能是否满足列车运行要求;测量电机、电器冷却风腔百叶窗空气流向及流速,检验百叶窗位置设置的合理性。实车试验的技术难点在于必须实时测定两交会列车相对速度和列车间距。日本是在被试列车车体上钻一系列孔,将测试用传感器安装在车厢内部的开孔处得到测试结果;中国既不允许在车体上钻孔,又需要在两相对运行的列车上进行试验,因此,自行研制了一套填补国内空白的实车测试系统。(1)红外光电测速系统,用于实时测定两交会列车相对速度。(2)超声波测距系统,用于实时测定两列车交会侧车间距。(3)瞬态压力测试系统,用于测定列车交会、列车过隧道的车内外和隧道内瞬变压力。(4)稳态压力测试系统,用于测定列车表面压力、列车周围的挡风墙、桥梁、建筑物表面压力与冷却风道内表面压力等。为解决车体表面不允许钻孔的难题,拍式感压片被采用。2一些典型客车的空气动力学性能2.1研究结果及分析为了自主发展中国的高速列车,使其民族工业研制水平赶超国际先进水平,在中华之星高速列车研制过程中,进行了列车空气动力学数值计算、风洞试验、动模型试验及理论分析,研究内容包括列车气动阻力、升力、横向力、列车表面压力分布、列车交会空气压力波、列车周围流场及动车冷却风道流场等。在全面系统研究的基础上,确定出与列车运行速度及线间距相适应,且满足列车空气动力学性能要求的列车外形,最后完成了实车验证及评估性试验,研究结果如下。(1)中华之星列车以280km·h-1速度与先锋号列车220km·h-1速度交会,两种拖车上感受的压力波幅值分别为1226Pa和1349Pa。(2)无侧风影响时,列车气动阻力系数为:头车0.242,拖车0.095,尾车0.266。(3)端墙表面压力均为正压力,迎风面端墙和背风面端墙表面压力比较接近,表面压力分布比较均匀、稳定。车体表面均为负压力,车体底部和过渡圆弧处负压稍大于其他位置。列车驾驶室顶部过渡处没有出现流动分离,头部外形设计合理。(4)无侧风影响时,列车以270km·h-1速度运行时头车气动升力为-2.932kN。(5)列车尾部流场:在距列车尾端5.8m处,列车尾流最大轴向速度为13.4m·s-1,小于允许值14m·s-1;列车侧面流场:在距列车侧壁2m的纵向截面上,3个方向分速度和合速度均小于14m·s-1,在正常人的人体承受范围内。2.2车辆气动性能恶化双层集装箱货运列车是中国铁路货运的一个重要发展方向,中国首批自主研制、速度为120km·h-1的双层集装箱货运列车,由于车辆重心较高,侧壁迎风面积大,外形棱角分明,加之两车联挂后集装箱之间间距达6.4m(两40ft集装箱叠放),导致车辆气动性能恶化。具体体现在3方面:列车交会空气压力波增大;横风作用下,列车受到的横向力增大;列车运行空气阻力增加。通过数值计算、动模型试验、在线实车试验和理论分析,对双层集装箱货运列车气动性能开展了深入研究,提出了侧墙立柱内置、侧墙板外形流线化方案;对横风作用于车辆的气动力进行了研究,结合车辆稳定性计算得到了小曲线半径(R为300m)环境风速与车辆临界速度之间的关系,提出了不同横向风速的列车安全运行速度限值。经过对列车运行安全评估,双层集装箱货运列车以120km·h-1速度与160km·h-1速度提速客运列车交会时能安全运行。2.3磁浮列车在列车气动有形优化与车内运行响应分析高速磁浮列车运行速度高于轮轨系统高速列车,属于亚音速流空气动力学范畴,基于三维可压缩粘性流体力学理论,首次对高速磁浮列车这种在地面上高速运行的长大物体所引起的复杂空气流动现象进行了数值模拟计算、列车交会动模型试验和实车试验,并进行了列车气动外形优化研究与磁浮列车在气动力作用下动态响应分析。(1)列车气动外形优化研究以降低列车交会空气压力波,改善列车空气动力性能为原则,保持列车横断面和列车长度与上海TR08列车相同。(2)研究了磁浮列车气动力特性,气动力、表面压力分布、列车交会空气压力波与列车运行速度、头部外形的关系,磁浮列车风对周围环境影响,横风作用下悬浮、导向电磁铁受到的气动力。(3)磁浮列车在气动力作用下的振动响应分析将磁浮列车的车厢、悬浮架、空气阻尼弹簧等均作为弹性体,进行了车辆垂向、横向动态响应分析。(4)研究了上海高速磁浮列车在交会冲击压力载荷作用下的车体强度和刚度。(5)进行了上海高速磁浮列车在线实车空气动力性能试验。3列车风模型研究通过对中国提速列车、200km·h-1速度等级列车、轮轨高速与磁浮高速列车的交会压力波、列车风进行动模型试验、数值计算、在线实车试验和理论分析,建立了列车交会压力波与列车运行速度、复线间距、车体宽度、附面层厚度关系式,列车风风速和人体受力与列车运行速度与退避距离之间的关系式,已全面推广并应用于中国铁路新线建设与既有线改造的复线间距和安全退避距离确定。3.1列车综合力量的指数关系ΔΡ=12aDρV2re-bD(D-B)(1)ΔP=12aDρV2re−bD(D−B)(1)结论:列车交会压力波与线间距(D)呈负指数关系;列车交会压力波与车体宽度(B)呈指数关系;列车交会压力波与相对速度的平方(V2r)成正比。由关系式(1)知:提高列车运行速度,减小复线间距,增加车体宽度与降低列车交会压力波之间彼此相互矛盾。提高列车运行速度是人们追求的目标;减小复线间距(D),能节约工程用地,降低线路修建成本;增加车体宽度(B)能增大旅客运输量,因此,复线间距的确定需综合考虑上述诸因素的影响。3.2列车渗透压力波ΔΡ1=12ρ[arV22-brV21]ΔP1=12ρ[arV22−brV21](2)结论:列车交会压力波随交会车速度平方增加而增大;高、低速列车混跑时,高速列车承受的压力波小于低速列车所承受的压力波,即ΔΡ高<ΔΡ低ΔP高<ΔP低3.3面层高聚物群落ΔΡ=12aD1ρV2re-bDDte2bDδ*ΔP=12aD1ρV2re−bDDte2bDδ∗(3)结论:列车交会压力波与车体侧面位移附面层厚度呈指数增加关系。3.4人体作用力与列车运行速度成正比F=afρAV2ΔY-bf(4)结论:列车风对人体作用力与列车运行速度平方成正比;列车风对人体作用力与退避距离(人体与列车侧壁距离)的bf[bf∈(1,2)]次方成反比。3.5风速列车的风速和列车速度和信号距离的关系网络Vw=awVΔY-bw(5)结论:列车风风速与列车运行速度成正比;列车风风速与退避距离的bw[bw∈(0,1)]次方成反比。4列车形制设计高速列车外形与列车空气动力学有着密切的关系,其外形的好坏直接影响整列车的空气动力性能。人们追求造型最佳的高速列车外形,很大程度是为了改善列车空气动力性能。与列车空气动力性能有关的列车外形有流线形头形、车身截面外形、列车编组方式、车体表面情况等。满足空气动力性能的列车外形其头部和尾部外形均为流线形,车身应为鼓形断面,车体表面应非常光滑平整,门、窗需严格密封,不允许有凸出外表面的玻璃压条、扶手等物件,车体底部除转向架外应全部封闭。4.1制型线对列车原理的影响典型的列车头部形状主要有4类,见图3,依次为扁宽形、椭球形、梭形和钝体头形。列车头部形状需要通过外形控制参数与控制型线来实现。控制参数包括流线形头部长度、宽度、高度、倾斜度等;控制型线主要有纵向、横向、水平剖面最大轮廓线,又分为主控制型线和辅助控制型线,主控制型线包括纵向对称面最大控制型线、俯视最大控制型线和车体截面外廓型线。列车气动性能与头部形状之间的关系如下。(1)列车流线形头部长度越长,既有利于降低列车交会空气压力波,又能有效地减小列车空气阻力,同时还能改善列车其他空气动力性能。(2)列车流线形头部长度一定时,在无横风情况下,头车阻力:椭球形为最小,扁宽形为最大;尾车阻力:扁梭形为最小,鼓宽形为最大;列车总阻力:以头车为椭球形而尾车扁梭形为最小。在横风作用下,扁宽形头车阻力较小,椭球形头车阻力较大。(3)列车交会压力波:以扁宽形为最小,椭球形为最大,扁梭形和鼓宽形车头介于中间。改变前窗部位过渡曲线对列车交会压力波幅值影响较小;减小鼻尖部位过渡曲线的曲率半径(即扁形鼻尖)可以有效地降低列车交会压力波。因此,减小列车空气阻力和降低列车交会压力波是既矛盾,又统一,列车气动头部外形设计需要综合考虑各种因素。4.2基于界面的计算机软件研制由于流线形列车头、尾部外形是一种复杂的空间三维曲面;头部骨架必须保证与流线化外形完全一致,这种三维曲面外形及梁结构,用传统设计方法很难实现;同时组成的梁件加工非常困难,为此,自主开发出具有自主知识产权的流线形车体研制软件4套,创建了一套从列车空气动力性能分析到流线形外形和结构工程化设计、板梁数控加工一体化,且具有自主知识产权的流线形列车研制方法。这套产品研制方法将过去传统上由设计、工艺、加工等多部门协作耗时的工作,集中由计算机自动完成,极大地减轻了设计、施工人员的劳动强度,缩短了生产周期,使中国机车车辆民族工业在车体设计、制造和产业化方面实现了技术跨越。目前,全国所有流线型列车车体均由中南大学高速列车研究中心设计,一大批新型列车投入运营,使中国流线形列车种类和数量居世界各国之首,如中原之星号、中华之星、先锋号、长白山号、大白鲨号、春城号、神州号、新曙光、奥星号等动车组。4.3两组有待提高案影响列车空气动力性能的车身截面形状参数为图4中的R1、R2、R3、R4、α、β以及车体宽度和高度。研究结果表明:鼓形壁车体比直壁车体交会压力波幅值减少10%以上;鼓形壁列车能有效地提高横向稳定性、旅客舒适性和运行安全性。4.4列车时期相关系数由于中国列车编组方式复杂,如:单层(车体距轨面高度为4050mm)和双层(车体距轨面高度为4670mm)客车混编,机车牵引低于其高度的单层客车,或牵引高于其高度的双层客车,组成列车的各车辆在宽度、断面形状不尽相同,列车提速后常发生因列车交会引起的危及行车安全事件,因此,对编组方式不同的列车交会问题进行了专门的研究。研究结果表明:与单层列车相比,单、双层混编列车产生的交会压力波幅值增大20%左右;与双层列车相比,单、双层混编列车产生的交会压力波幅值增大15%左右;与同截面动车组相比,高机车与单层客车混编列车产生的交会压力波幅值增大25%左右。根据以上分析结果,列车合理的编组方式应为:高速列车必须采用车体截面形状相同的动车组;提速列车可优先考虑动车组模式;对于机车客车组成的提速列车,应避免单、双层混编列车和高机车与单层客车混编列车。该成果已逐步在全路推广应用。各铁路局对于在线运行的快速列车,目前正逐步取消单、双层客车混编情况,采用同类型车辆编组列车,以避免因列车交会引起的行车安全事故。4.5气动阻力测试列车其他外形气动性能研究结果如下:列车底部采用底罩比传统列车(车体底架以下全部暴露在外面)气动阻力降低45%左右;动车底部采用裙板比传统动车(车体底架以下全部暴露在外面)气动阻力降低10%左右;受电弓导流罩起减阻降噪作用,应尽可能安装在靠近动车尾端,以流线形为宜;列车端墙表面为正空气压力,车体底部和过渡圆弧处均为负压力,有利于排风;头车底部采用底罩升力小于且接近于0,采用无底罩或裙板负升力较大;拖车底部采用底罩升力小于0,采用无底罩或裙板升力大于0;尾车底部采用底罩升力小于无底罩或裙板结构;受电弓导流罩使头车负升力减小,尾车正升力增大。4.6德国高速列车通过实际运用考核证明,新型列车均具有良好的气动性能:交流传动机车(DJ型)比SS8型机车阻力降低44%,新研制的流线形列车空气阻力比中国传统钝头列车降低50%左右;最高试验速度达321.5km·h-1的中华之星,在线间距(4.6m)小于德国高速列车(4.7m),车体宽度(3.3m)大于德国ICE3(2.95m),头部长度(5.5m)小于德国ICE3(6m),以相对速度540km·h-1交会时,空气压力波小于1600Pa,满足安全运行要求;最高运行速度达292km·h-1的先锋号(头部长度仅4m)动力分散型动车组,以相对速度500km·h-1交会时,列车交会空气压力波符合行车安全要求;新曙光号双层内燃动车组,其空气动力性能优于在上海局线路上运行的其他列车;在复线间距为4.0m的线路上,新曙光号列车(试验速度为180km·h-1,运营速度为160km·h-1)与其他列车交会时未发生因列车交会引发的行车安全事故,列车交会空气压力波满足安全运行要求。5气波对高速列车的影响列车高速通过隧道引起的空气动力效应(空气瞬态压力波、空气阻力、列车风、微气压波等)对列车运行的安全性、旅客乘坐的舒适性、隧道支护结构、车体结构、隧道周围环境、能耗均有不良影响,是高速铁路隧道与高速列车设计中必须解决的关键技术问题,同时也是既有线隧道能否适应列车提速需要必须考虑的重要问题。5.1结构物结构及列车方面隧道及线路方面:隧道净空断面面积、形状、长度、隧道壁面粗糙度,复线间距、曲线半径、隧道坡度,辅助结构物形式(入口缓冲结构、竖井、斜井、隔墙),联络通道形状、间距,避车洞形状、深度、间距,长大隧道通风结构(竖井、斜井)的形状和位置等;列车方面:运行速度、车头和车尾形状、列车横断面面积、列车长度及车辆的密封性等;其他方面:环境风、列车在隧道中的交会及列车各自进入隧道入口处的时间差等。5.2隧道内空气压力(1)世界各国的气压变化环境下人体舒适性标准均不完全适应于中国乘客,需要制定出符合中国国情的人体舒适性标准。(2)阻塞比是影响隧道气动性的重要因素。(3)隧道长度对隧道空气动力效应影响较大。在隧道长度较短的情况下,列车通过隧道的压力波幅值随隧道长度增加较快;当隧道长度达到一定值后,压力波幅值不但不再增加,反而有所减小。隧道进口的压力变化幅值大于隧道出口的压力变化幅值。(4)列车外形是影响隧道内空气压力变化的重要因素,在同一隧道以160km·h-1运行时,由东风11机车牵引的25T客运列车比长白山号动车组引起压力变化幅值增加40%左右。(5)隧道口微气压波幅值近似与列车运行速度的三次方成正比,与距隧道口的距离成反比;列车头部外形是影响隧道口微气压波的一个重要因素。(6)隧道内空气压力三维效应非常明显,隧道内空气压力变化随隧道纵向长度和高度而变,隧道截面形状对隧道空气动力效应有很大影响。(7)对单节车辆而言,平均空气压差阻力比明线空气阻力大80%～95%。(8)尽管双线隧道截面面积比单线隧道大,列车通过双线隧道时,也会引起轻微耳痛感,说明一味增加隧道断面面积和单从列车本身考虑都不全面,必须将列车和隧道两方面耦合在一起开展研究,才能取得最佳的效益。6列车连接和隧道穿越的安全评估6.1结构的非线性动态响应列车空气动力学行车安全评估就是从空气动力学角度检验列车交会与过隧道时的列车运行安全性,隧道能否满足列车运行要求与列车风对道旁人员和隧道内作业人员安全性的影响度。其评估内容包括:列车交会与过隧道压力波幅值;列车交会与过隧道产生的瞬态压力冲击作用下车窗结构和玻璃承载能力;列车交会与过隧道产生的瞬态压力冲击作用下列车车体结构和车载设备的强度与刚度;列过隧道产生的瞬态压力冲击作用下隧道支护结构和地面设备的强度与刚度;列车交会瞬态压力冲击作用下双层集装箱货运列车倾覆稳定性;列车交会瞬态压力冲击作用下,不同篷布与各种绳索承受最大拉力的能力;车厢内空气压力变化下的人体舒适程度;列车风风速对明线道旁人员和隧道内作业人员安全性的影响。评估其技术难点为:列车周围空气流场具有强非线性、非定常、非对称等特点;两交会列车、列车与隧道、列车与环境间具有相对运动;流体力学与固体力学耦合分析,在属流体力学的列车交会瞬态压力冲击、过隧道空气骤变压力载荷作用下,基于固体力学连续介质理论,对车体钢结构和侧窗与隧道支护结构用有限单元法进行非线性结构动态响应分析;作用于车体、衬砌结构的瞬变压力随时间及交会位置变化而变化。6.2总线客车和总线客车结构的承载能力6.2.1载荷的加载函数列车交会瞬变压力对整个侧墙作用是随列车运行时间及交会位置的变化而变化,瞬变压力加载曲线和载荷幅值据实际情况确定,车体承受的载荷是时间和空间的函数,其加载函数关系式为Ρ={Ρ(t-xL/V,yΗ)(t≥xL/V)0(t<xL/V)(6)P={P(t−xL/V,yH)0(t≥xL/V)(t<xL/V)(6)式中:P为加载压力;xL、yH分别为沿列车长度和高度方向的参数。6.2.2交通流场交通流场安全评估内容中国各种车型车体、车窗结构承受瞬态冲击极限值见表2。中南大学作为铁道部唯一承担列车空气动力学行车安全评估单位,完成了中国所有新型列车(流线形动车组、新型机车、新型货车)、5次大提速(京广、京沪、京九、京哈、秦沈、广深等线路)和部分第6次提速(京秦、遂渝等线路)的空气动力学行车安全评估,通过对列车交会行车安全评估方法进行研究,提出了中国既有线上各种列车车体和车窗结构承受瞬态交会压力冲击安全运行极限值,新造机车车辆承受交会压力冲击载荷工况,不同车型、不同速度、不同线路条件列车交会与过隧道压力波极限值。7强横风引起的横向力和升力在强横风的作用下,列车横向迎风面产生正压力,而背风面产生负压力,迎风面的正压力和背风面的负压力经积分在车辆上形成气动横向力,这样,横风在车辆上产生的横向力远大于风压压强乘以车辆的迎风面积,通常接近于其两倍。在强横风作用下,高速运行列车的空气阻力、气动升力急剧增加,随着横风强度的增大,气动横向力、升力、空气阻力均成非线性增加。强横风引起的横向力和升力是造成整列车被吹翻、脱轨等重大意外交通运输事故主要和直接原因。强横风下行车安全研究内容为强横风下车辆不发生颠覆的速度限值。其技术难点为:需要解决列车、强横风和线路环境(挡风墙、路堤、路堑、桥梁、地面)相互间的相对运动问题。7.1横向力、升力及倾覆力的计算在列车交会或强横风作用下车辆受到的气动力有:气动横向力,由车辆迎风面和背风面等车体表面的分布压力和粘性力经积分合成得到;气动升力,由车体表面分布压力和粘性力经积分合成得到。通过研究,车辆横向力、升力及倾覆力矩均与侧向风速的平方成正比。车辆倾覆计算关系式为DG-(12Κy+h252b22Κ)(12Ky+h252b22