1前言
以前，我国的列车时速一直都是在120km/h以内，存在的列车空气动力学问题并不突出。而目前我国列车实现了提速，列车运行的阻力大大提升，能量消耗过大。我国要发展轮轨、磁浮高速列车存在一系列的空气动力学问题需要解决。
2我国典型列车空气动力性能
2.1中华之星高速列车
为了自主研发中国高速列车，在中华之星高速列车研制过程中开展了列车空气空力学数值计算、风洞试验等分析，研究的内容有列车气动阻力、升力、横向力等等。在对该列车进行全面系统研究的基础上，明确了列车运行速度与线间距相适应的速度与距离，并且完成设计了满足列车空气动力学性能要求的外形，同时要对列车进行了验证与评估[1]。
2.2双层集装箱货运列车
双层集装箱货运列车是我国开展铁路货运的重要方向之一。我国研制的首批双层集装箱货运列车的速度为120km/h，由于该车辆的重心较高，侧壁的迎风面积大，外形棱角明显，并且两车连挂后集装箱之间的距离长达67.4m，使得车辆的启动性能严重恶化。当该列车在交汇时空气压力波会增加，横风作用下列车受到的横向力增加，列车运行的空气阻力增加。经过数值计算与动模型试验等进行理论分析，深入研究双层集装箱货运列车，提出了列车设计的优化方案[2]。
3高速列车空气动力学技术研究方法
3.1数值模拟计算
3.1.1计算软件
在高速列车空气动力学选择的计算软件方面，一般都是采用我国自主研发的计算机软件，或者使用国外引进的大型计算商用软件。我国自主研发的专业计算高速列车空气动力学的计算软件有WS3D气动计算软件，相对运动数值模拟软件等。国外引进的软件有FLUENT、CFX、STAR-CD。然而相同的气动现象的数值计算结果从不同的计算软件中计算得出，其差异依然较大，因此最后依然需要模型试验或者进行实车测量来对测量计算的结果进行验证。
3.1.2计算方法
目前计算流动数值的方式有很多，其中运用较多的比较广泛的计算方法有有限差分法、有限元法、边界元法等。其中，如果将有限差分法应用在复杂的几何边界中将会存在一定的计算缺陷，而有限元法更加适合计算流体与固体耦合的问题。有限体积法在计算离散方程方面具有显著的优势。而边界元法被使用在计算黏性N-S方程时会受到很大的限制。可以看出，每一种计算方式都有其各自适应的范围。目前国际上还没有一个通用性的最佳方式。
3.1.3计算网格
高速列车流场树脂计算网络包括结构化网格与非结构化网格。然而一般由于求解区域过于复杂，因此一般采用非结构化网格。近几年来，高速列车负载流场数值计算中又出现了将结构化网格与非结构化网格混合在一起的混合网格，这样既可以适应复杂的计算，又能够节省极端的时间。在计算网络数量方面，我国高速列车流场数值计算网格数量已经达到2.6亿，实现网格的性细化划分，给高速列车与其关键部位的精细化处理打下了坚实的基础。
3.1.4相关进展
对于速度超过350km/h，马赫数超过0.3的高速列车的空气动力特性的数值计算我国的研究还相对欠缺。其中毕海权等使用SIMPLE算法对时速500km的磁悬浮列车的相关树枝进行计算，得出了速度超过350km/h，马赫数超过0.3的高速列车的外部流场数值计算。毕海权，田红旗等采用有限体积法与动网格技术对列车交会的三维可压缩流场进行了数值模拟，
3.2模拟试验技术
高速列车模型试验研究方式包括风洞试验、水槽试验等。其中风洞试验是使用最为广泛的方式。而高速列车模型风洞试验的研究方式又包括气动力测量、表面压力测量、模型外部气动噪声测量等。
3.3实车测量技术
3.3.1气动阻力测量
对高速列车的气动阻力测量主要就是在列车的营业线路上使用动力计法来测定不同速度下列车的阻力之。以10km/h左右速度间隔的合并点，或者使用数据处理法将总阻力与单位阻力计算为速度的二阶方程，进而求出列车的气动阻力。
3.3.2压力与微气压波测量
压力与微气压波测量主要就是在高速列车车体内外侧或表面选择合适的测量点，使用不同压力的传感器装置进行测量。由于实车表面无法开展大量测点测试，因此要在车身外选择合理的测压点。
3.3.3气动噪声测量
气动噪声测量的测量设备有噪声测量传声器、实时分析声级与测定列车运行速度的设备。通常都是在距离列车轨道中心的相应距离某位置设置传声器阵列，当声信号经过传声器结构并且进行放大与转换，然后将其输入值计算机后开展处理。
3.4研究展望
（1）为进一步提升列车运行的安全性能与舒适性能。从高速列车的车体设计入手，来强化高速列车运行的安全性，从高速列车运行的外界环境入手，来提高特殊路况下高速列车的安全问题。在开展风洞试验的过程中将高速列车置于特殊路况进行模拟，例如高架桥梁、高路堤等，并且针对不同的路况制定相应的安全措施。（2）进一步提升风洞模型风洞试验模拟速度，发展高速列车的减阻力技术，例如设计气动阻力更小的高速列车新车头。开展高速列车气动噪声与微气压波的测量，研究出降噪、降压创新措施，进一步提升高速列车的舒适性与安全性。
4结语
近几年我国高速列车实现了飞速的发展，文章在机基于这一趋势的基础上提出了关于提升高铁行车速度、行车安全性与舒适性的关键技术。希望在我国众多空气动力学专家的努力下中国高速列车交通将会实现更高台阶的跨越。
作者：周连洋 陈继飞 单位：西南林业大学
