(3)机车、客车车窗玻璃承受风载荷试验;

(4)货物列车装载加固(如篷布或固结绳等柔性加固、集装箱弹性联结等)承受风载荷能力试验;

(5)大风环境下列车动态偏移量试验;

(6)大风环境下车辆倾覆稳定性试验;

(7)大风环境下列车运行安全性试验;

(8)大风环境下接触网偏移量试验。

2大风环境下列车空气动力特性规律

大风环境下的列车空气动力特性包括列车空气阻力特性、车辆空气升力特性、车辆空气横向力特性、列车交会空气压力波特性和风-车-路耦合空气动力特性。

环境风对列车空气动力特性的影响表现在风力、风向、列车速度的综合影响。

2.1列车空气阻力特性规律

大风可能导致列车空气阻力迅速增加。为了最大限度地降低列车运行时的能耗,提高牵引动力利用率,开展了大风环境下列车空气阻力特性研究。研究内容有:环境风速和列车运行速度对列车空气阻力的影响;风向对列车空气阻力的影响,包括风向与列车运行方向相同、相反、垂直以及风向角为锐角、风向角由锐角变为钝角等:列车外形对风环境下的列车空气阻力影响。

通过研究,得到了风速、风向、列车运行速度与列车空气阻力之间的一系列关系式,并得到如下规律:

(1)列车空气阻力与环境风速和列车运行速度反向矢量叠加后的合成速度有关。

(2)顺风使列车空气阻力降低,随着风速的增大,列车空气阻力将骤降。当环境风风速大于列车速度时,将产生负的空气阻力,相当于大风对列车产生非常大的助推力,由环境风推动列车运动;逆风使列车空气阻力增加,相当于大风对列车产牛附加空气阻力,随着风速的增大,列车空气阻力迅速增加。

(3)列车车气阻力随小角度风向角的增加而迅速增大。当风向角达到一定值时,列车运行速度、风速、风向耦合使列车空气阻力达到最大值,此后,列车空气阻力不仅不再随风向角的增加而增大,还有可能随其增加而降低,

(4)当风向角在较大角度变化时,列车头车空气阻力与风向角呈正弦曲线关系;当风向角为小角度时,中间车、尾车的空气阻力与风向角或风车速比均呈3次方关系增加。

(5)大风环境下列车最大空气阻力可能为无风时的2倍以上。

2.2车辆空气升力特性规律

通过研究,得到了风速、风向、风压力、列车运行速度与车辆空气升力之间的如下规律:

(1)在大风作用下,列车的头车、中间车和尾车的空气升力均迅速增大。车辆空气升力与合成速度相关。

(2)列车的头车、中间车和尾车的空气升力系数随小角度风向角的增加而呈2次方关系迅速增大。

(3)当风向角达到一定值时,头车空气升力首先达到最大值;当风向角继续增大时,尾车、中间车的空气升力分别相继达到最大值,在头车、中间车和尾车各自达到最大值后,空气升力不仅不再随侧偏角的增加而增大,而且有可能随其增加而有所下降,但仍比无风时大得多。

2.3车辆空气横向力特性规律

通过研究,得到了风速、风向、风压力、列车运行速度与车辆空气横向力之间的如下规律:

(1)在大风作用下,列车的头车、中间车和尾车的空气横向力均迅速增大。车辆空气横向力与合成速度相关。

(2)列车的头车、中间车和尾车的空气横向力系数随小角度风向角的增加而呈2次方关系增大。

(3)当侧偏角β<60°时,头车、中间车和尾车的空气横向力均随风向角的增加而迅速增大;当侧偏角在70°左右时,头车空气横向力首先达到最大值;β接近90°时,中间车和尾车的空气横向力达到最大值。

(4)在大风作用下,由于车辆侧部迎风面的正压力与背风面的负压力叠加,使车辆空气横向力为风压力的2~3倍。

2.4列车交会空气压力波特性规律

对于列车交会,由于两交会列车运行速度不尽相同,并且两交会列车相向运动,产生的列车风与环境风的耦合将形成复杂的流场。

通过研究,得到大风环境下列车交会空气压力波幅值随风向角或风速的变化规律如下:

(1)大风环境下列车交会空气压力波幅值随风向角α(0°≤α≤360°)增加呈抛物线形式改变。

(2)当风向角α=0°或α=360°时,风向与列车2运行方向相反。由于风向与列车1运行方向相同,导致列车1与环境风的相对速度减小,使得列车2上的压力波幅值减小,其压力波幅值减小40%左右,约为无环境风时压力波幅值的0.6倍。

(3)当风向角α=90°时,横风从列车2一侧横向吹过两交会列车,列车1处于列车2的背风面。由于列车2的交会侧处于背风面,使得交会波的负波幅值加大,导致列车2上的交会压力波幅值增大。其交会压力波幅值增大20%左右,约为无环境风时压力波幅值的1.2倍。

(4)当风向角α=180°时,风向与列车2运行方向相同,使得列车1速度与环境风速度的相对速度增加,造成列车2上的交会压力波幅值增大40%左右,约为无环境风时的1.4倍。

(5)当风向角α=270°时,横风从列车1一侧横向吹过两交会列车。由于列车2的交会侧处于迎风面,使得交会压力波的正波幅值加大,导致列车2上的交会压力波幅值增大。其交会压力波幅值增大30%左右,约为无环境风时的1.3倍。

(6)当风向角α为90°~180°或180°~270°时,交会压力波幅值最大,其最大值可能达到无环境风的1.6倍左右。

(7)列车交会空气压力波幅值随风速增加而迅速改变,其变化规律因风向角的不同而剧增或骤减。

2.5风-车-路-局域地貌环境耦合空气动力特性

影响规律

通过研究,得到路堤高度、桥梁高度、路堑深度、海拔高度、局域地貌对车辆空气动力特性影响规律如下:

(1)车辆空气升力、空气横向力以及由这2个力产生的倾覆力矩均随路堤高度、桥梁高度的增加而迅速增大;随路堑深度、海拔高度的增加而减小。

(2)列车周围的局域地貌会改变大风的流速及流向,产生实时的风力风向突变现象。迎风坡产生加速流,背风坡产生涡流,峡谷区域产生节流。

3风环境下列车临界运行速度

影响风环境下列车临界运行速度的主要因素有:风力、风向产生的空气动力作用下的车辆倾覆稳定性,客车、机车车窗玻璃承受瞬时风产生的气动压力的能力,货物列车装载加固(如篷布、固结绳、集装箱联结等)承受风产生的附加力的能力,以及风沙流对客车和机车车窗玻璃、列车运行稳定性等的影响。