高速列车,磁悬浮,动模型,空气动力学

1、 磁浮驱动高速列车环形动模型实验原理性设计热动1201兰州交通大学2016年6月15日2016届本科毕业答辩目录CONTENTS课题背景及意义高速列车空气动力学研究进展2磁浮列车技术概述 3动模型实验系统设计与实验方法简述 41结论 5高速列车及高速铁路发展n高速列车 高速列车是指最高运营速度达到或超过200km/h的铁路列车，也就是现在人们通常所说的“高铁”。n我国高速铁路的发展 2007年250km/h的最高运营速度 2008年350km/h等级的京津城际、沪宁城际、郑西、武广等铁路线路 现在普遍以300km/h的最高运营速度稳定运行的多条高速铁路 原中国南车四方集团制造的CIT500型列

2、车在2014年最高实验速度达到605km/h u截止2015年底，中国高铁里程达到1.6万公里u预计2020年，中国高铁里程将超过2.5万公里高速列车及高速铁路发展 研究的意义我国高铁正在施行“走出去”的国家战略，海外市场前景广阔为中国高铁“走出去”战略提供科学理论依据和技术支撑！目录CONTENTS课题背景及意义高速列车空气动力学研究进展2磁浮列车技术概述 3动模型实验系统设计与实验方法简述 41结论 5 主要研究方法 实车测量 数值计算 模型实验 研究方法实车测量n最基本的实验方法n可获得最符合实际情况的数据n可作为分析和校正各种数值模拟实验数据的依据n获得计算列车阻力的通用公式 研究方法

3、数值计算 适用性最强，近几年来，数值模拟计算技术的主要发展方向体现在以下3个方面：n专业数值计算软件的开发与应用n网格划分技术的发展n数值模拟计算方法的改进与完善 明线上 隧道内 研究方法模型实验 模型实验研究包括：n风洞实验n水槽或水洞实验n动模型实验 动模型实验有其独特的优势，能够较为真实地模拟2交会列车之间、列车与周围环境(地面、隧道、道旁建筑等)之间的相对运动，客观地反映实际列车在铁路线路上运行的情况及其地面效应，为验证数值计算和模拟实验结果提供依据。 n实车实验 耗资高、局限性大，只适用于新型列车产品的实车检验和评估工作。n数值计算： 周期短、耗资低、精确模拟困难、结果须通过实验研究

4、来验证。n动模型实验： 实验装置造价小、调整及改进容易、不受外界气象条件的影响，可真实模拟两交会列车之间、列车与线路周围环境之间的相对运动情况，反映空气流场的地面效应，并且可以对正处于设计改进中的列车进行模型实验，节省物力财力。 目录CONTENTS课题背景及意义高速列车空气动力学研究进展2磁浮列车技术概述 3动模型实验系统设计与实验方法简述 41结论 5n磁浮技术 磁浮技术是高度集电磁电子技术、信号控制、机械动力学等学科为一体的典型机电一体化高新技术。n磁浮原理 磁悬浮技术系统由悬浮体、传感器、控制器和执行器四部分组成功放控制器位置传感器悬浮体 电磁铁 磁浮技术原理n磁浮列车 磁浮列车是一种

5、与轨道无接触的地面有轨交通工具，它是利用电磁吸力或斥力为列车提供悬浮和导向，以直线感应电机牵引列车，具有运行速度高、安全性好、噪声污染小、爬坡能力强、易维修、乘坐舒适性好等独特优点。n 分类 磁悬浮列车可以分为超导型（电力悬浮系统EDS）和常导型(电磁悬浮系统EMS)两大类。 磁悬浮列车系统主要由悬浮系统、推进系统和导向系统这三大部分组成。n常导吸浮性磁浮列车 世界第一条磁悬浮列车示范运营线上海磁悬浮列车，建成后，从浦东龙阳路站到浦东国际机场，三十多公里只需8分钟。 磁浮列车n超导型磁浮列车 日本超导型磁悬浮列车在2015年4月21日创造了速度603km/h的世界新纪录。而美国波音747一般机

6、型的巡航速度为900公里左右。 磁浮列车目录CONTENTS课题背景及意义高速列车空气动力学研究进展2磁浮列车技术概述 3动模型实验系统设计与实验方法简述 41结论5动模型实验系统设计 本设计选择高温超导直线电机为列车提供驱动，即高温超导磁悬浮列车技术 高 温 超 导（ 悬 浮 和 导 向 ）背 铁次 级 永 磁 体液 氮基 板初 级 三 相 铜 绕 组定 子 永 磁 体磁浮驱动技术的选择n悬浮和导向原理 FGui 为导向力 ， FLev为悬浮力动模型实验系统设计n驱动原理 磁浮列车的驱动即采用直线电机原理，列车前进是因为列车头部的电磁体（N极）被安装在靠前一点的轨道上的电磁体（S极）所吸引，

7、同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体（N极）所排斥。当列车前进时，线圈里流动的电流方向就翻转过来了。其结果就是原来的S极线圈，现在变成N极线圈了，反之亦然，于是列车就被连续驱动向前运动。 动模型实验系统设计 n方案一n方案二n方案三 环形线方案的选择120m直 线 段 （ 实 验 段 ）R 30m 外 侧 永磁 双 轨 墙内 侧 永 磁 双 轨 墙0.625m轨 道1轨 道2模 型 列 车 2模 型 列 车1120m直线段（实验段）0.625m30m缓和段R 30m永磁双轨墙模型列车2模型列车1轨道2轨道1120m直线段（实验段）轨道1轨道2模型列车2 永磁双轨墙0.625mR 30m模型列车

8、1动模型实验系统设计n轨道断面图n隧道动模型实验系统设计n列车模型举例 n总体布置（轨道与列车之间的位置关系） 动模型实验n列车表面测试点布置 模型列车头部和尾部位置相对密集地布置测试点，而对于压力变化较小的车身及中间车，只需在特殊位置少量布置测试点。 模型列车的头车和尾车以及整列车的两侧测试点的布置均采取对称布置的方式动模型实验0.39m0.22m1.40m0.22m0.22m0.22m0.22m1.00m0.18m0.10m0.58m0.68m1.75m1.75m2.00m7(22)9(24)10(25)11(26)12(27)13(28)14(29)15(30)1(16)2(17)3(1

9、8)4(19)5(20)6(21)8(23)n隧道内壁面上测试点布置 6 0 m2 0 . 2 m1 4 . 2 m1 1 . 3 m0 . 1 m1 4 . 2 m2 0 . 1 m1 1 . 3 m0 . 1 5 m1 .0 m0 .6 m0 .3 5 m0 .1 8 m0 .1 m动模型实验目录CONTENTS课题背景及意义高速列车空气动力学研究进展2磁浮列车技术概述 3动模型实验系统设计与实验方法简述 41结论5完成的主要工作及存在的不足n本设计所完成的主要工作（1）较为全面地论述了高速列车空气动力学的研究现状；（2）对高速列车空气动力学的研究方法进行了系统性阐述，并对各种研究方法的优缺点做了简要比较；（3）论述了磁悬浮原理及其磁悬浮列车的工作原理；（4）为解决高速列车动模型实验小半径线路通过困难的问题提供了一种新思路；（5）提出了一种利用环形加速器原理加速模型列车的方法；（6）设计了一种新型的环形实验线结构；（7）从原理上设计了一种磁浮驱动式高速列车环形动模型试验系统；（