真空管道高速飞行列车车地无线通信技术

近几年,随着信息技术发展越来越迅速及其应用领域的不断扩张,交通技术的新变革也正渐渐冲破桎梏.真空管道高速飞行列车是一种新型轨道交通技术,可实现磁悬浮列车在接近真空的低压管道中高速运行.由于轮轨摩擦和空气阻力可忽略不计,因此高速飞行列车理论速度可达4 000 km/h.本文基于最新的宽带无线通信理论与技术,针对真空管道高速飞行列车无线宽带接入应用场景,尝试思考一套有效解决超高速移动无线宽带接入的理论与增强技术体系.初步在真空管无线接入、新型漏泄波近场耦合等方面形成系统的解决方案,为真空管道高速飞行列车的宽带接入提供理论与技术支撑.     

气动作用下高速列车响应特性研究

该研究的总体研究目标是弄清楚在气动作用下高速列车整车与关键零部件的动力学响应特征以及对运行速度提升后出现的新现象的规律分析与总结。前期主要研究工作是针对气动-轮轨联合作用条件下高速列车动力学响应分析建立分析方法与仿真模型,分析、整理与总结实车实测数据规律,发现新现象,为计算分析模型提供相关的验证数据与条件。后期研究主要是对分析方法与计算模型的改进、完善与检验,对出现的新现象规律进行总结。后期的4项研究内容为:(1)考虑流固耦合的列车刚体动力学分析模型研究;(2)考虑流固耦合的列车刚柔体动力学分析模型研究;(3)气动载荷作用下高速列车车体振动行为及动态响应研究;(4)关键结构疲劳可靠性分析。该研究主要阐述2013年度取得的主要研究进展与阶段性成果。针对上述研究内容,主要研究成果包括:建立了高速列车流固耦合、刚柔耦合仿真模型;建立考虑一系悬挂质量效应与车体弹性的动态响应仿真模型;提出了增量谐波平衡法与线性频响函数法相结合求解高速列车系统稳态解的方法及轨道动态不平顺模拟方法;分析了考虑轨道不平顺作用下,气动载荷对高速列车直线与曲线通过时的动力学响应的影响;获得了高速列车车体振动响应随运行速度的变化特征;对高速列车系统中的内共振现象进行解释与分析;研究了高速列车侧窗受交会压力波作用下的动态响应;分析了高速列车裙板结构在气动载荷作用下的动态响应及颤振行为。     

速度对列车通过隧道时车内热力学性质的影响

应用相对论和热力学理论以及热力学模型,研究了高速列车行驶时,厢内气体的热力学性质和分子分布以及列车通过隧道时车内压力波动规律.以理想气体为例,探讨了列车速度对它们的影响.结果表明:①与静止时相比,列车高速行驶时,车内总粒子数、压强等不变,而温度将降低,体积将减小,粒子能量ε、动量g和系统的能量E都将增大,而且速度越大,这种变化越大;②列车运动时,车内气体分子分布与静止时不同;③考虑相对论效应后,列车通过隧道时车内压力波动要比不考虑相对论效应情况的压力波动要大.但在目前列车速度情况下,这种影响很小.     

收缩徐变对高速列车-轨道-桥梁系统动态特性的影响

收缩徐变效应在高速铁路混凝土桥梁的施工和建造过程中是不可避免的,其会引起桥梁的变形,诱发高速列车运行安全平稳性受到影响。针对该问题,首先选取中国高速铁路中大量采用的32 m简支箱梁桥结构,考虑结构配筋及施工步骤,建立有限元模型,采用JTG2012标准中的收缩徐变模型,分析收缩徐变引起的桥面变形。在此基础上,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,将收缩徐变导致的桥面变形视为边界条件,建立考虑收缩徐变的高速列车-轨道-桥梁耦合动力学模型。最后,借助该模型,研究收缩徐变效应对高速列车乘坐舒适性和运行安全性的影响规律。研究结果表明:收缩徐变效应主要影响高速列车的动态特性,而对轨道和桥梁结构的动力学行为影响较小;在收缩徐变效应下,高速列车运行安全性和乘坐舒适性可以得到保证。     

桥梁对高速列车气动特性影响的风洞试验研究

为考虑侧风作用下桥梁对高速列车气动特性的影响,以高速列车与双线简支箱梁桥为原型,自主研制缩尺比为1:20的车-桥模型风洞试验模型装置,该装置可改变风偏角、测试对象以及列车与桥梁的相对位置等。测试高速列车的头车、中车及尾车各自的气动力,建立天平坐标系下测试数据转换到整体坐标系的转换关系,讨论雷诺数、车辆在桥面横向相对位置、风偏角对高速列车气动系数的影响。研究结果表明:基于自主研制车-桥模型的风洞试验测试是可行的;雷诺数对车-桥系统的气动性能影响有限;列车位于迎风侧线路时气动影响显著;随风偏角的增大,高速列车的侧力系数、升力系数、侧倾力矩系数存在减小的趋势。测试所得的高速列车气动参数可用于进一步开展风-车-桥耦合振动分析。     

国际化背景下我国高速列车造型设计分析

在国家的大力支持下,我国高速列车项目建设取得了一定的成果,当前依然处于不断进步的状态。基于国际化背景下,为了彰显国家的科技实力,高速列车的造型设计十分关键,应该融入技术、文化内涵以及美学等诸多方面的元素,才能发挥出最佳的效果。该文通过阐述高速列车造型设计和国际化设计的关联性,说明了国际化背景下我国高速列车造型的设计方法。此研究以分析国际化背景下我国高速列车造型设计的方法为目的,从而有效地提升我国高速列车造型设计的水平。     

高速列车车内噪声预测及分析

以高速列车为研究对象,利用有限元法建立其车身结构和车室空腔模型,并建立车室声固耦合模型,计算出考虑声固耦合时车身模态与相应的结构模态,经分析得出:车室声腔对车身的作用不能忽略。为了了解高速列车的车内噪声情况,在高速列车上进行了现场噪声测试,得出车体振动主要引发车内中低频段噪声。另外,在考虑车身内饰和座椅吸声性能情况下,对车内噪声进行仿真和计算,获得了车内噪声的声场分布情况,从而可以指导高速列车车体结构的低噪声设计,节约产品研发时间及成本。     

高速列车不同头部形状的气动性能研究

就几种典型形状列车车头,在简化列车外形的情况下,针对高速列车不同运行速度下的气动阻力和升力进行计算.为计算阻力和升力系数,将三维雷诺平均化N-S方程(RANS)结合k-ε湍流模型,用有限体积法(FVM)将控制方程离散求解.用SIMPLE法耦合压力-速度场,通过解类Poisson方程,对压力迭代地修正.模拟计算结果显示采用向首部有收缩的头部形状可获得较好的空气动力学性能;综合考虑与权衡稳定性与机动性,在更高速情况下运行的列车宜优先采用向首部有收缩的头部形状.图7,参12.     

高速列车动态系统鲁棒故障诊断滤波器设计

针对高速列车动态系统研究了鲁棒故障诊断滤波器的设计问题。首先,通过引入多质点力学模型刻画了高速列车动态特性,并将线性化过程中产生的高阶项以及由轨道曲线阻力、坡度以及隧道阻力造成的非线性不确定阻力建模为具有特定方向性特征的外界干扰。其次,将高速列车常发的牵引系统故障、传感器组故障以及车体结构故障归结为两类故障模型,通过建立两类故障的等价关系,在故障诊断滤波器设计过程中将本文考虑的三种故障统一化为类执行器故障进行处理。最后,针对高速列车动态系统多质点模型,基于几何方法通过系统左特征向量配置设计鲁棒故障诊断滤波器,并进行了数值仿真,仿真结果验证了本故障诊断滤波器设计方法的有效性。     

真空管道高速飞行列车业务复用研究

高速飞行列车的平稳、安全的运行离不开车地无线通信技术的支持,需要包括安全类与非安全类等多类别车地通信业务的有效支撑.研究了高速飞行列车车地通信中突发性运行业务与乘客互联网业务复用传输优化问题,并对其进行求解.将该优化问题分解为两个子问题:乘客传输资源分配问题与突发性运行业务与乘客业务调度问题.首先,通过二维Hopfield网络对乘客传输资源分配问题建模,利用能量函数收敛的性质解决乘客资源分配问题.然后将突发性运行业务与乘客业务调度问题归结为一个机会约束优化问题,通过研究突发性运行业务的累积分布函数将机会约束放宽为线性约束,可利用凸求解器得到最优解.仿真结果表明该复用机制可以实现业务高效复用传输.     

侧风下桥上高速列车倾覆稳定性及临界车速的参数化研究

基于计算流体动力学理论,采用数值模拟的方法计算高速列车通过双线简支箱梁桥时的气动力系数,考虑列车在编组中的位置、迎风侧和背风侧线路以及风偏角等因素的影响,并将数值模拟结果与风洞实验进行对比分析。根据列车倾覆系数的定义,推出对倾覆临界状态合力作用线与两侧轮轨接触斑连线交点的累计力矩计算式,从而避免求轮轨相互作用力,直接得到车速和风速的相关表达式,并据此得到求临界车速的计算方法,最后对影响列车倾覆稳定性的参数进行分析。研究结果表明:采用数值模拟计算的列车气动力系数与风洞实验结果较吻合;双线简支箱梁桥上迎风侧线路头车所受气动力最大,其侧倾临界车速最低;随弹簧刚度系数、线路曲线半径、轨道超高以及列车质量的增加,临界车速均会增加,不考虑竖向振动加速度将会过高地估计列车侧倾临界车速。     

将现有直升机改装为最先进无人机

<正>【英】《经济学人》2017年11月4~10日美军目前在役的无人直升机均需由飞行员进行地面控制。洛克希德公司希望研发一款可实现自主飞行的无人直升机,该机能够感知和避开障碍物,自主识别安全着陆点。这个由美国军事研究机构DARPA发起的项目被称为"矩阵"。"矩阵"项目相关技术目前只被用于辅助飞行,若进展顺利,理论上第一架可自主飞行的直升机将于明年年初实现首飞。"矩阵"系统集成多种传感器,这些传感器收集的数据将被输入一台被洛克希德公     

轨道车辆车内压力与车体气密性、侧墙刚度、车外压力变化的关系研究

当列车高速交会或高速通过隧道时,车体外产生的空气压力波传递到列车车内,造成车体内空气压力发生波动,给乘车舒适性和安全性带来严重影响.本文首先从车体气密性和车体侧墙刚度角度探明其对车内压力变化的影响,分别获得大刚度非密闭列车车体模型车内压力与车体气密性、车外压力变化理论关系式和不同刚度密闭车体模型车内压力变化率与车体模型侧墙刚度、车外空气压力变化幅值的理论关系式;在此基础上,同时考虑车体气密性和车体侧墙刚度对车内压力变化的影响,通过实验研究得出高速列车车体模型车内压力变化率与车体气密性、车体侧墙刚度、车外压力变化幅值的理论关系式,为科学设计高速列车车体提供理论支撑.     

风障对桥上高速列车气动特性影响的风洞试验

为考虑侧风作用下风障对桥上高速列车气动特性的影响,以高速列车与双线简支箱梁桥为原型,自主研制了缩尺比为1:20的风障-车-桥模型风洞试验模型装置。测试高速列车的头车、中车及尾车各自的气动力。分析风速、列车位于桥梁的横向位置、不同风障高度与透风率、风偏角对高速列车气动系数的影响,最后以静力轮重减载率作为风障防风效果评价指标,给出风障气动选型参数建议值。研究结果表明:雷诺数对车-桥系统的气动性能影响有限;桥梁上设置风障可明显减小列车所受气动力;列车位于迎风侧线路时运行时所受气动荷载较大;随着风障高度的增大,列车气动力系数减小;当风障增加到某一高度后列车气动系数基本不再随风障高度变化,但随着透风率增大而增大;当风偏角小于等于20°时,高度为4 m,透风率为0%风障的挡风效果较好,而当风偏角大于20°时,高度为4 m,透风率为30%风障的挡风效果较优。研究结论可为实际工程中风障气动选型提供参考。     

高速列车透射噪声与结构噪声的分离

高速列车噪声是影响车内旅客舒适度和铁路沿线居民生活质量的重要因素,如何有效的降低噪声是高速列车设计者们所关心的问题之一.研究表明,高速列车的车内噪声由透射噪声与结构噪声组成,如何有效的从车内噪声中分离出这两种噪声成分将为列车的减振降噪设计提供一定的指导作用.本文以高速列车实车噪声数据为研究对象,首先运用多种数字信号处理的方法对高速列车噪声数据进行了分析,总结了高速列车噪声的主要特点;然后通过对列车静止时和运行时的噪声透射情形分别进行建模和分析,指出可以利用车体的频响特性作为反映车体隔声性能的声学参数,并提出了一种计算频响特性的简便算法;最后,利用该算法从实车噪声数据中计算出了车体的频响特性,并在此基础上实现了透射噪声与结构噪声的分离.     

中国明年将建成真空管道高铁试验线

正在中国制造2025"、一带一路"、国家产业转型升级等战略引导下,中国的轨道交通发展又带来了一轮重大发展机遇。但是和世界先进的轨道交通国家相比,中国依然有差距、有空间。今年10月,随着国家科技体制改革试点,中国中车已经承接了时速400公里跨国联运高速列车、时速600公里高速磁悬浮的研发项目。据张卫华最新透露,中国2017年还将建成真空管道高速(400km/h)试验线。未来,真空管道的概念时速可以达到1000公里以上。     

新建兰州西客站取消站内正线研究

根据兰州市城市特征和兰州西客站设计特点,通过对铁路运输的分析,得出兰州西客站普速场不停站通过列车较多,正线不应取消,高速场大部分列车均需停站通过,正线可取消;由于屏蔽门设置与国铁旅客列车现状的不匹配,建议临靠正线站台不应设屏蔽门,但运输部门应规定所有列车在兰州西客站高速场必须停站通过或限速通过;通过投资分析,取消高速场正线可节省投资约3245.8万元,减少用地约0.67hm2,且可减少运营期间工务维修作业量。因此建议保留兰州西客站普速场正线,取消高速场正线。并建议在今后的高速铁路客运站设计中可根据实际运输需求,考虑是否取消站内正线。     

民用飞机飞行试验项目评估方法研究

该文针对民用飞机飞行试验项目，参考国外先进经验和方法，结合国内民机项目自身实际情况特点，研究一种评估飞行试验项目进展的方法，用以提高飞行试验计划在制定、评估及管控中的工作效率。该文所述方法将飞行小时作为成本因素，综合考虑项目里程碑节点、科目间的逻辑顺序、各专业对试验点的测试需求以及所需的测试设备资源等因素，对飞行试验项目进行系统的规划；对飞行试验项目的进展进行测量评估，为项目管理工作提供参考。该文在最后以假设的飞行试验项目，按照文中所述方法，模拟了一次飞行试验项目进展评估工作。通过具体的飞行试验项目进展的分析和评估过程，更加直观的说明了文中所述方法的应用情况。     

风障表面的高速列车风致空气脉动压力研究

高速铁路挡风风障在保障高速列车运行安全的同时,本身亦承受着强烈的列车风致脉动压力荷载.基于STAR-CCM+软件,以CRH3型高速列车和挡风风障为研究对象,结合能够有效减少开孔薄板网格数量的多孔介质模型以及运动体滑移网格方法,对高速列车通过风障区域的整个过程中列车风致脉动压力的变化进行了数值模拟,分析了风障脉动压力随列车车速和离地高度等参量而改变的时程变化规律,给出了风障位置的脉动压力峰值与压力梯度,得到了列车风致脉动压力的频域特性.结果表明:高速列车通过风障区域时在风障各部位均形成了"正-负-负-正"的交变荷载,且其峰值按照头车正压、头车负压、尾车负压、尾车正压的顺序依次减小,脉动压力梯度随速度增加更加明显;风致脉动压力随高度增加而减小,最大压力出现在风障的底部区域;列车风致脉动压力的功率谱密度峰值集中在25 Hz以内,车速每增加50 km/h,列车风冲击能量增大将近一倍.     

高速列车外流场气动噪声的特性研究

针对高速列车外流场气动噪声完成了在线实验测试研究,对列车模型进行了简化并确定了合理性;进行了列车模型湍流流场模拟,完成了列车远场气动噪声的预测研究.研究表明,合理缩短列车不会改变车身表面声功率分布规律;高速列车气动噪声属于宽频带噪声;在频率范围(0～ 5000Hz)内气动噪声仿真与实验结果吻合较好,说明仿真方法准确度高;列车转向架处湍流最为剧烈,其次为车头鼻锥处;车身表面的气流最为平缓,进一步说明缩短列车模型的合理性.所提出的仿真方法能够为高速列车的结构优化设计提供依据,并能验证高速列车气动噪声控制方法的有效性.