铁道机车专业教学资源库
武汉铁路职业技术学院主讲：黄秀川
《高速动车组技术》课程
武汉铁路职业技术学院黄秀川
空气动力学方面的影响
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空气动力学方面的影响
二、微气压波的形成
高速动车组驶入隧道产生的压力波在隧道内以声速传播到达隧道口时，一部分压力波以脉冲波的形式向外放射，结果使得隧道出口处周围产生突发性爆破声，并使隧道出口附近的建筑物门窗发出声响，造成隧道口附近的环境问题。这种波被称为隧道微气压波。微气压波的发展分三个阶段，即列车进人隧道时产生压缩波、压缩波沿着隧道传播及微气压波从隧道出口向外辐射。
空气动力学方面的影响
二、响微气压波的因素
1）列车速度。在短隧道的情况下，微气压波的大小与列车进人隧道速度的三次方成正比，在长大隧道的情况下，微气压波还与轨道结构类型有关，若是石砟道床则比短隧道的微气压波小，若为轨枕板则微气压波比列车进人速度的三次方比例还要大。
（2）列车与隧道截面之比。微气压波随列车截面积与隧道截面积的比减小而减小，并随列车头型系数（长细比值）的增加而降低。
空气动力学方面的影响
（3）隧道内部条件。隧道内的轨道结构和是否存在侧洞会影响微气压波的形成。在板式道床的长隧道中，由于压缩波的非线性效应占优势，以及平滑的隧道壁和板式道床的压力波能量耗散较小，使得波面压力梯度陡峭。在道砟道床的长隧道中，由于道砟空晾吸收部分压力波，而使其传播过程中波面压力梯度降低。因而使用类似道砟等多孔性材料是解决微气压波的有效方法之一。
（4）隧道出口。隧道出口处周围的环境影响微气压波的大小。
二、响微气压波的因素
空气动力学方面的影响
三、微气压波防治措施
（1）隧道入口缓冲棚
隧道入口缓冲棚可降低隧道入口处的压缩波波前的压力梯度，以降低隧道出口端的微气压波。该措施是新干线采用的主要措施，自1977年在山阳新干线的Bingo隧道（8.99km）入口处两侧设置了第一座缓冲棚开始，目前已有近100座隧道入口安装3缓冲棚缓冲棚长度越长，降低隧道出口端的微气压波效果越好，新干线最长的缓冲棚长度为49m。
空气动力学方面的影响
（2）隧道中的斜洞。当压缩波通过较长的斜洞时，也将降低压缩波波前的压力梯度，以降低隧道出口端的微气压波。斜洞的截面积与隧道的截面积之比越大，降低隧道出口端的微气压波效果越好。此方法在上越新干线的两座长隧道中采用。
三、微气压波防治措施
空气动力学方面的影响
3）连接隧道的带缝隙缓冲棚。该方法与上述原理一样，在两座隧道间连接的缓冲棚两侧设有缝隙，压缩波通过缝隙释放，达到降低隧道出口处的微气压波效果。此方法用于上越新干线中。
三、微气压波防治措施
空气动力学方面的影响
三、微气压波防治措施
（4）降低列车的截面积和改善列车的头形系数。列车进入隧道产生的压缩波波前压力梯度随列车截面积的减少而降低，随列车头形系数的改善而减小。日本新干线500系高速动车组设计时，通过数值模拟计算，优化设计了其头部形状，不仅满足高速动车组空气动力学性能要求，也考虑到微气压波效应问题。
空气动力学方面的影响
四、气动噪声
高速铁路噪声源大致可分为以下几类：高速动车组产生的轮轨噪声；列车受电弓和接触网导线摩擦产生的集电系统噪声；高速运行列车的空气动力噪声；基础建筑物（如高架桥、钢桥、路基等）受振动产生的二次噪声；来自动力源和车上设备（如电动机，压缩机，冷却风扇等）的机械噪声等。其中，空气动力噪声在高速动车组运行噪声中占有很大比重，国外对现有高速铁路列车测试的结果表明，空气噪声强度大约随列车速度的6次方增加。因此，当列车速度进一步提高时，空气动力噪声迅速增大，尤其当列车速度接近或超过300km/h左右时，动力噪声随列车速度的增加幅度大于其他噪声源，而成为高速铁路噪声的主要部分。高速铁路的空气动力噪声是有别于普通铁路的噪声源，从而使铁路噪声总强度增加。
空气动力学方面的影响
高速动车组的空气动力噪声是由车体及外部结构与高速空气气流间的相互作用所产生。车体在结构上的突变导致气体局部高速涡流及车体表面湍流边界层的压力脉动是空气动力噪声的根源。因此，在空气动力计算中对结构及其局部细节进行漩涡流计算测试以及进行漩涡流分析是研究空气动力噪声源规律的基础。
四、气动噪声
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五、侧风稳定性
列车运行中遇到环境的横向风时，车辆将受到侧向力和力矩作用。侧向力（阻力）可简略用式（1—4—2）表示：
（1—4—2）
式中:D——侧向阻力；
——空气密度；
——侧向阻力系数（与车辆形状等因素有关），由风洞试验得到；
A——车体侧面投影面积；
——风速。
空气动力学方面的影响
当风载荷达到一定程度时侧向力及其侧滚力矩、摆头力矩的作用将影响车辆的倾覆安全性。试验研究结果表明，车辆受侧向风