1、高速列車空氣動(dòng)力學(xué)性能計(jì)算和試驗(yàn)鑒定暫行規(guī)定目 錄1 范圍12 引用標(biāo)準(zhǔn)13 列車空氣動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)、符號(hào)及單位14 列車空氣動(dòng)力性能、噪聲參數(shù)說明及坐標(biāo)系15 列車外形及空氣動(dòng)力性能基本要求16 聲學(xué)要求67 流場數(shù)值模擬計(jì)算78 空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)8附錄A 列車空氣動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)、符號(hào)及單位 9附錄B 列車空氣動(dòng)力性能、噪聲參數(shù)說明 10附錄C 坐標(biāo)系 111 范圍本暫行規(guī)定規(guī)定了高速列車空氣動(dòng)力計(jì)算、試驗(yàn)及評(píng)估鑒定的要求。本暫行規(guī)定適用于標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路線上營運(yùn)速度為200km/h到350km/h范圍內(nèi)的高速客運(yùn)列車；對(duì)最高營運(yùn)速度低于200km/h的客運(yùn)列車以及需要考慮空氣動(dòng)力性能問題的貨運(yùn)列

2、車可參照使用。2 引用標(biāo)準(zhǔn)下列標(biāo)準(zhǔn)包含的條文，通過在本標(biāo)準(zhǔn)中引用而構(gòu)成為本標(biāo)準(zhǔn)的條文。在標(biāo)準(zhǔn)出版時(shí)，所示版本均為有效。所有標(biāo)準(zhǔn)均會(huì)被修訂，使用本標(biāo)準(zhǔn)的各方應(yīng)探討、使用下列標(biāo)準(zhǔn)最新版本的可能性。GB192080 標(biāo)準(zhǔn)大氣（30km以下部分）；GJB117991 高速風(fēng)洞和低速風(fēng)洞流場品質(zhì)規(guī)范； 京滬高速鐵路建設(shè)暫行規(guī)定。3 列車空氣動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)、符號(hào)及單位本暫行規(guī)定所有參數(shù)均采用國際單位制。計(jì)算、試驗(yàn)中用到的基本參數(shù)及計(jì)量單位見附錄A。4 列車空氣動(dòng)力性能、噪聲參數(shù)說明及坐標(biāo)系本暫行規(guī)定用于表示列車空氣動(dòng)力性能、噪聲的參數(shù)及坐標(biāo)系見附錄B、附錄C。5 列車外形及空氣動(dòng)力性能基本要求5.1 列車

3、外形基本要求5.1.1 列車空氣動(dòng)力性能主要取決于列車外形，應(yīng)根據(jù)運(yùn)行速度要求，結(jié)合生產(chǎn)工藝條件，合理設(shè)計(jì)滿足空氣動(dòng)力性能要求的列車外形，同時(shí)需符合高速鐵路機(jī)車車輛限界技術(shù)條件。5.1.2 車體橫截面形狀應(yīng)采用腰鼓形，或者采用折線形式的側(cè)墻以圓弧與車頂和車底罩相連。5.1.3 頭部鼻錐下方應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板，注意導(dǎo)流板形狀的設(shè)計(jì)。5.1.4 車體底部除轉(zhuǎn)向架部位外，應(yīng)設(shè)置全封閉底罩。5.1.5 列車編組，車體橫截面形狀應(yīng)盡可能相同，不同橫截面形狀車體混編時(shí)，應(yīng)設(shè)置平滑過渡段。5.1.6 空調(diào)及冷卻系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)口應(yīng)盡可能布置在列車表面壓力為正壓區(qū)域，排風(fēng)口則應(yīng)布置在負(fù)壓較大的區(qū)域。5.1.7 列車外形應(yīng)盡

4、可能避免以下部位產(chǎn)生渦流：車頭受電弓牽引緩沖裝置車體底部把手、縫隙、凹槽等車輛連接處5.2 列車空氣動(dòng)力性能基本要求5.2.1 列車的空氣動(dòng)力性能用運(yùn)行列車本身承受及對(duì)環(huán)境作用的空氣動(dòng)力、力矩、壓力及其系數(shù)表示（見附錄B）。5.2.2 列車空氣阻力用阻力系數(shù)Cx衡量。通過數(shù)值模擬計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)得到。在無環(huán)境風(fēng)影響條件下，不同運(yùn)行速度列車的Cx值應(yīng)不超過下表規(guī)定值。表5-1 各種運(yùn)行速度列車空氣阻力系數(shù)Cx允許最大值列車運(yùn)行速度km/h200250300350 阻力 系數(shù) 頭 車（有受電弓）0.250.220.200.19頭 車（無受電弓）0.180.170.16尾 車（有受電弓）0.280.2

5、60.220.21尾 車（無受電弓）0.190.180.17中間車（有受電弓）0.160.150.15中間車（無受電弓）0.100.090.090.095.2.3 列車交會(huì)空氣壓力波用空氣壓力變化幅值衡量。分明線交會(huì)和隧道內(nèi)交會(huì)兩種情況。由數(shù)值模擬計(jì)算、動(dòng)模型模擬試驗(yàn)、實(shí)車試驗(yàn)得到。不同復(fù)線間距、不同交會(huì)速度時(shí)，列車交會(huì)空氣壓力波允許的最大幅值見下表。表5-2 列車交會(huì)空氣壓力波允許的最大幅值(隧道數(shù)據(jù)待定)復(fù)線 各種列車交會(huì)速度（km/h）列車交會(huì)空氣壓力波幅值（Pa）間距200/200250/250300/300330/330350/350(m)明線隧道明線隧道明線隧道明線隧道明線隧道4.

6、013504.613001850223025005.0142017101920 5.2.4 列車運(yùn)行時(shí)的空氣動(dòng)力升力Fz，由數(shù)值模擬計(jì)算和風(fēng)洞試驗(yàn)得到。在無環(huán)境風(fēng)影響條件下，應(yīng)滿足：頭車的Fz0、中間車和尾車的Fz接近于零。5.2.5 列車表面壓力用壓力系數(shù)衡量。通過數(shù)值模擬計(jì)算、風(fēng)洞試驗(yàn)和實(shí)車試驗(yàn)得到。除受電弓、轉(zhuǎn)向架部位外，其余部位應(yīng)無空氣流動(dòng)分離現(xiàn)象。列車表面壓力絕對(duì)值應(yīng)盡可能小。5.2.6 在垂直于列車縱向?qū)ΨQ面的常值側(cè)風(fēng)作用下，列車運(yùn)行速度限值的規(guī)定見下表。列車運(yùn)行橫向穩(wěn)定性需滿足規(guī)定限值的要求。側(cè)風(fēng)風(fēng)速（m/s）15253040列車運(yùn)行速度限值（km/h）2502001601205

7、.2.7 計(jì)算側(cè)風(fēng)對(duì)列車橫向穩(wěn)定性影響時(shí)，應(yīng)包括運(yùn)行列車垂直于列車縱向?qū)ΨQ面的常值側(cè)風(fēng)作用下的迎風(fēng)面和背風(fēng)面壓力及空氣升力。5.2.8 車廂（包括司機(jī)室）氣密性要求：在門窗關(guān)閉情況下，車廂及司機(jī)室內(nèi)部空氣壓力由3600Pa降至1350Pa，所需時(shí)間應(yīng)大于36秒。在產(chǎn)品出廠前進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。5.2.9 車廂（包括司機(jī)室）內(nèi)部空氣壓力變化：在隧道內(nèi)列車交會(huì)時(shí)乘員感受到的空氣壓力變化應(yīng)小于1000Pa。通過實(shí)車試驗(yàn)驗(yàn)證。5.2.10 在空氣動(dòng)力作用下對(duì)受電弓的弓網(wǎng)接觸性能要求：運(yùn)行列車頂風(fēng)速度達(dá)到26m/s時(shí)，空氣動(dòng)力引起弓網(wǎng)之間的附加壓力應(yīng)小于120N；運(yùn)行列車頂風(fēng)速度達(dá)到40m/s時(shí)，受電弓對(duì)電網(wǎng)

8、導(dǎo)線在接觸點(diǎn)處的舉升應(yīng)小于100mm；列車按允許速度運(yùn)行，在環(huán)境風(fēng)影響下，弓網(wǎng)之間的接觸力應(yīng)小于下述極限值：接觸力均值 120N接觸力峰值 200N接觸力標(biāo)準(zhǔn)誤差 22%；受電弓應(yīng)具有能承受垂直于列車前進(jìn)方向、風(fēng)速達(dá)40m/s的風(fēng)載荷能力，在距受電弓降下位置1.5m高度處，其最大側(cè)偏量應(yīng)小于±30mm。受電弓的弓網(wǎng)接觸性能各參數(shù)由數(shù)值模擬計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證。5.2.11 列車風(fēng)對(duì)周圍環(huán)境的影響列車通過時(shí)，列車側(cè)面、尾部流場的壓力和速度應(yīng)滿足京滬高速鐵路建設(shè)暫行規(guī)定。列車通過時(shí)，列車尾部流場的速度應(yīng)不使規(guī)定的道碴卷起。分別通過計(jì)算和試驗(yàn)驗(yàn)證。6 聲學(xué)要求隨著列車運(yùn)行速度提高，空氣動(dòng)力噪聲在

9、總的噪聲中所占比重愈大，對(duì)降低高速列車運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的噪聲，采取的措施主要應(yīng)從列車空氣動(dòng)力學(xué)角度考慮，為此，將聲學(xué)要求列入本暫行規(guī)定。6.1 運(yùn)行噪聲列車交會(huì)時(shí)，不允許產(chǎn)生爆破聲。列車不停車以規(guī)定速度駛過時(shí)，在離軌道軸線25m遠(yuǎn)和距軌道頂面3.5m高處測(cè)得的A聲級(jí)值不得高于89dB(A)。6.2 進(jìn)站噪聲列車入站時(shí)，在離軌道軸線25m遠(yuǎn)和距軌道頂面3.5m高處測(cè)得的A聲級(jí)值不得超過68dB(A)。6.3 客車車廂內(nèi)部噪聲列車以規(guī)定速度行駛時(shí)，一等車廂內(nèi)旅客耳朵處的A聲級(jí)值不得超過65dB(A)，在二等車廂內(nèi)（包括餐車）不得超過68dB(A)。在隧道內(nèi)該值最多可以高出5dB(A)。由空調(diào)等成套設(shè)備發(fā)

10、出的A聲級(jí)值，在旅客耳朵處，無論是停車還是行駛時(shí)，均不得高于5560dB(A)。6.4 電話位置列車以最高速度行駛時(shí)，包括在隧道中，打電話處旅客耳朵處的A聲級(jí)值也不得超過65dB(A)。6.5 旅客信息系統(tǒng)在廣播通知時(shí)，旅客耳朵處A聲級(jí)值必須高于最大室內(nèi)聲級(jí)10dB(A)。6.6 包房隔墻包房間的隔墻在裝配狀態(tài)下，必須具有不小于A聲級(jí)值35dB(A)的隔聲度。6.7 司機(jī)室內(nèi)部噪聲列車以最高速度在明線中行駛時(shí)，司機(jī)室內(nèi)在司機(jī)耳朵處的A聲級(jí)值不得高于68dB(A)。在隧道內(nèi)該值最多可以高出5dB(A)。7 流場數(shù)值模擬計(jì)算7.1 計(jì)算目的為列車空氣動(dòng)力性能驗(yàn)收評(píng)估提供依據(jù)。為列車產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供空氣

11、動(dòng)力性能方面的依據(jù)。進(jìn)行列車空氣動(dòng)力性能研究。7.2 計(jì)算要求7.2.1 計(jì)算內(nèi)容：列車空氣動(dòng)力、力矩、列車表面壓力分布、列車交會(huì)空氣壓力波、列車過隧道時(shí)隧道內(nèi)空氣壓力變化、風(fēng)道流場、尾部流場、環(huán)境風(fēng)影響、對(duì)周圍環(huán)境影響。7.2.2 數(shù)值模擬計(jì)算應(yīng)基于三維粘性流理論，其中列車交會(huì)和過隧道的計(jì)算需按三維非定常、可壓縮粘性流進(jìn)行。7.2.3 計(jì)算列車交會(huì)、過隧道、環(huán)境風(fēng)影響時(shí)，需考慮列車與列車、列車與周圍環(huán)境（隧道、擋風(fēng)墻、環(huán)境風(fēng)等）的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。7.2.4 數(shù)值計(jì)算模型至少按頭、中、尾三節(jié)車建立。7.2.5 應(yīng)提供數(shù)值計(jì)算報(bào)告數(shù)值計(jì)算報(bào)告應(yīng)包括計(jì)算目的，計(jì)算方法，計(jì)算內(nèi)容，計(jì)算理論基礎(chǔ)，所使用的軟

12、件，計(jì)算結(jié)果及分析，與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比及相關(guān)性分析，計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)，結(jié)論及建議。8 空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)8.1 基本要求8.1.1 試驗(yàn)?zāi)康臑榱熊嚳諝鈩?dòng)力性能驗(yàn)收評(píng)估提供依據(jù)。為列車產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供空氣動(dòng)力性能方面的依據(jù)。驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的正確性和精度。進(jìn)行列車空氣動(dòng)力性能研究。8.1.2 試驗(yàn)進(jìn)行前應(yīng)提供試驗(yàn)大綱試驗(yàn)大綱應(yīng)包括試驗(yàn)?zāi)康摹⒃囼?yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)地點(diǎn)、試驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表、時(shí)間安排、評(píng)估方法。8.1.3 試驗(yàn)完成后應(yīng)提供試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括試驗(yàn)?zāi)康模囼?yàn)內(nèi)容，試驗(yàn)方法，試驗(yàn)地點(diǎn)，試驗(yàn)設(shè)備、儀器、儀表，試驗(yàn)結(jié)果及分析，試驗(yàn)結(jié)果評(píng)估，結(jié)論及建議8.2 風(fēng)洞試驗(yàn)8.2.1 風(fēng)洞試驗(yàn)內(nèi)容：列車

13、空氣動(dòng)力、力矩、列車表面壓力分布、側(cè)風(fēng)影響、尾部空間流場8.2.2 風(fēng)洞試驗(yàn)前需進(jìn)行風(fēng)洞流場品質(zhì)校驗(yàn)（靜態(tài)和動(dòng)態(tài)），其流場品質(zhì)應(yīng)滿足GJB117991高速風(fēng)洞和低速風(fēng)洞流場品質(zhì)規(guī)范的要求。8.2.3 縮比模型風(fēng)洞試驗(yàn)應(yīng)使試驗(yàn)雷諾數(shù)Re5×105。8.2.4 對(duì)每種參試型號(hào)均應(yīng)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試精度試驗(yàn)。8.2.5 風(fēng)洞試驗(yàn)應(yīng)正確反映地面效應(yīng)。8.2.6 試驗(yàn)用模型列車至少采用3節(jié)車（即頭車、尾車和中間車），試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂s比應(yīng)能滿足測(cè)試要求，且盡可能大。8.2.7 對(duì)于側(cè)風(fēng)影響的試驗(yàn)，側(cè)滑角應(yīng)考慮不小于±20°。8.2.8 受電弓等關(guān)鍵部件的空氣動(dòng)力性能試驗(yàn)，建議采用全尺寸

14、模型，并配置相應(yīng)部位車體外形，以模擬空氣對(duì)車體的繞流。8.3 動(dòng)模型模擬試驗(yàn)8.3.1 動(dòng)模型模擬試驗(yàn)用于測(cè)定列車在明線和隧道內(nèi)交會(huì)空氣壓力波、列車過隧道時(shí)隧道內(nèi)空氣壓力變化。8.3.2 動(dòng)模型試驗(yàn)應(yīng)使試驗(yàn)雷諾數(shù)Re5×105。8.3.3 對(duì)每種參試型號(hào)均應(yīng)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試精度試驗(yàn)。8.3.4 動(dòng)模型列車由三節(jié)車組成，模型車縮比不小于1:20。8.4 實(shí)車試驗(yàn)8.4.1 實(shí)車試驗(yàn)內(nèi)容：列車表面壓力分布、列車交會(huì)空氣壓力波、列車交會(huì)時(shí)車廂內(nèi)空氣壓力變化、風(fēng)道的冷卻風(fēng)量、列車過隧道時(shí)隧道內(nèi)空氣壓力變化、環(huán)境風(fēng)影響、對(duì)周圍環(huán)境影響。8.4.2 列車交會(huì)試驗(yàn)應(yīng)實(shí)時(shí)測(cè)定兩交會(huì)列車側(cè)壁間距和相對(duì)速

15、度。附錄A 列車空氣動(dòng)力學(xué)基本參數(shù)、符號(hào)及單位序號(hào)基 本 參 數(shù)符號(hào)單位名稱單 位備 注1長 度l米m2質(zhì) 量M千克kg3時(shí) 間t秒s4溫 度T開爾文K又稱熱力學(xué)溫度t攝氏度t=T-273. 155力F牛頓Nm·kg/s26壓力（壓強(qiáng)）P帕斯卡PaN/m2，kg/(m·s2)7能、功、熱量E焦耳JN·m ，m2·kg/s28功 率N瓦特WJ/s，m2·kg/s39密 度kg/m310音速（聲速）m/s無特定要求時(shí)，大氣中音速可按340m/s計(jì)11速 度Vm/s12動(dòng)力粘度Pa·sN·s/m2，kg/(m·s)13運(yùn)

16、動(dòng)粘度m2/s/14比容積m3/kg1/15重力加速度gm/s2g9.80665m/s216熵SJ/Km2·kg/(s2·K)17比熱容定壓J/(kg·K)定容J/(kg·K)18空氣的氣體常數(shù)RJ/(kg·K)空氣視為理想氣體時(shí)， R=287.053 J/(kg·K)19動(dòng)壓(速壓)qPa½v220邊界層(附面層)厚度m21馬赫數(shù)Ma流場中某點(diǎn)的流速與當(dāng)?shù)匾羲僦?2雷諾數(shù)Re表征氣流慣性力和粘性力相對(duì)大小的無因次相似參數(shù)Re=vl/附錄B 列車空氣動(dòng)力性能、噪聲參數(shù)說明序號(hào)名 稱符號(hào)計(jì)量單位定 義 或 說 明1阻力FxN

17、氣動(dòng)力在車體坐標(biāo)系Xt軸上的分量2側(cè)向力FyN氣動(dòng)力在車體坐標(biāo)系Yt軸上的分量3升力FzN氣動(dòng)力在車體坐標(biāo)系Zt軸上的分量4側(cè)滾力矩MxN·m氣動(dòng)力繞車體坐標(biāo)系Xt軸的力矩5俯仰力矩MyN·m氣動(dòng)力繞車體坐標(biāo)系Yt軸的力矩6偏轉(zhuǎn)力矩MzN·m氣動(dòng)力繞車體坐標(biāo)系Zt軸的力矩7阻力系數(shù)CxCxFx/（q·s） 其中s為列車正投影面積8側(cè)向力系數(shù)CyCyFy/（q·s）9升力系數(shù)CzCzFz/（q·s）10側(cè)滾力矩系數(shù)mxmxMx/（q·s·b） 其中b為左右旁承間距11俯仰力矩系數(shù)mymyMy/（q·s

18、83;lt）其中l(wèi)t為車體轉(zhuǎn)向架中心距12偏轉(zhuǎn)力矩系數(shù)mzmzMz/（q·s·lt）13空氣壓力PPa垂直作用在列車表面單位面積上的空氣力14壓力系數(shù)CP P為來流靜壓（當(dāng)?shù)卮髿鈮海?q為來流動(dòng)壓15 噪 聲dB（A）“A計(jì)權(quán)”聲壓級(jí)附錄C 坐標(biāo)系本暫行規(guī)定給出的高速列車空氣動(dòng)力學(xué)數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)常用的坐標(biāo)軸系，均為右手笛卡爾直角坐標(biāo)系（見圖1）。 圖1 笛卡爾直角坐標(biāo)系 圖2 車體坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系Od Xd Yd Zd此坐標(biāo)系固連于大地。原點(diǎn)Od在地面上的某點(diǎn)；軸Zd鉛垂向上；軸Xd 、Yd為水平。車體坐標(biāo)系Ot Xt Yt Zt此坐標(biāo)系固連于車體。原點(diǎn)Ot在車體質(zhì)心；軸Zt在車體縱對(duì)稱面內(nèi)，指向上；軸X