[发明专利]侧风下列车气动性能与动力学性能协同测试方法及系统

说明书

本发明公开了侧风下列车气动性能与动力学性能协同测试方法及系统，通过将待测试的列车表面划分为多个矩形单元；获取所述多个矩形单元实际的压力方向以及压差；对于任一个矩形单元A，所述矩阵单元A的压差是指与其在列车的横向或垂向相对的矩形单元B之间的压差；并根据所述多个矩形单元实际的压力方向以及压差计算所述列车的气动荷载，进而修正现有的气动荷载测量方法未考虑矩形单元实际方向带来的误差，提高气动荷载测量的准确性；此外，本发明创新性地提出侧风下列车气动性能与动力学性能协同测试方法及系统，该系统结合气动性能测试结果、车辆横向加速度进行动力学性能测试，无需测力轮对测定轮轨间作用力，从而增大动力学性能测试的适用范围、缩短测试准备周期、降低测试成本。

技术领域

本发明涉及列车气动性能与动力学指标测试领域，尤其涉及侧风下列车气动性能与动力学性能协同测试方法及系统。

背景技术

侧风作用下，列车空气动力学性能恶化，气动载荷显著增大，影响列车运行安全，严重时将导致列车的脱轨或倾覆。为了提高侧风作用下列车运行安全性，国内外学者通过数值模拟、模型试验与实车试验对侧风作用下列车气动性能进行了大量研究。由于实际风场的脉动风特性，数值模拟与模型试验很难完全模拟其中列车的非定常气动性能，而非定常气动载荷被认为是造成列车倾覆的重要原因。实车试验可以直接获得实际风场中的列车气动性能，评估列车运行安全，进而帮助数值模拟与模型试验更好地模拟这类问题，为进一步研究侧风作用下列车运行安全提供基础。

与模型试验不同，实车试验无法使用测力天平测量气动载荷。现有技术中，有人进行实车试验，通过力传感器测量了侧风作用下静止车辆受到的气动载荷。还有人通过进行了全尺寸模型试验，通过力传感器测量了侧风作用下静止车辆模型受到的气动载荷。这种方法仅能用于静止列车，而无法测量列车运行过程中受到的气动载荷。对于运动的列车，还有人进行了实车试验，测试车辆为25K型客车，通过车辆表面压力分块积分得到气动载荷。

这种压力积分方法能够很好地适应实车试验中的气动载荷测试，但是其未考虑每个矩形单元的实际方向，导致测试出的气动荷载存在较大的测量误差。

因此，如何解决现有的气动载荷测量方法准确度不高已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

此外，目前侧风作用下列车动力学响应测试主要采用测力轮对测定轮轨间作用力，然后计算脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力等稳定性指标。测力轮对可以得到准确的结果，但是成本高昂、安装复杂、安装周期长。而侧风作用下的实车试验需要试验人员在收到大风预报后迅速完成试验设备的安装与调试，要求试验设备安装周期短。另外，侧风作用下的实车试验常在运营车辆上进行，而安装测力轮对的车辆不能正常运营，试验前后需反复装拆测力轮对，无法满足运营要求。

因此，研究一种能够应用于移动列车的动力学快速测试方法及其测试系统成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了侧风作用下列车气动性能与动力学性能协同测试方法及系统，用于解决现有的气动载荷测量方法准确度不高、现有的动力学性能测试方法适用范围小、准备周期长、成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种侧风下列车气动性能测试方法，包括以下步骤：

将待测试的列车表面划分为多个矩形单元；获取所述多个矩形单元实际的压力方向以及压差；对于任一个矩形单元A，所述矩形单元A的压差是指与其在列车的横向或垂向相对的矩形单元B之间的压差；并根据所述多个矩形单元实际的压力方向以及压差计算所述列车的气动荷载。

优选的，所述气动荷载包括：列车受到的横向力、升力、侧滚力矩中一种或任一几种的组合；所述矩形单元实际的压力方向为矩形单元的法向方向；

当气动荷载为列车受到的横向力时，根据所述多个矩形单元实际的压力方向以及压差计算所述列车的气动荷载，通过以下公式计算得到：