[发明专利]高速列车车头优化设计方法

摘要

本发明公开了一种高速列车车头优化设计方法，通过参数建模，建立磁悬浮列车车头的参数化模型，然后采用计算流体力学(CFD)软件进行流动计算，利用正交设计表或者均匀设计表分别对纵向型面和水平型面进行二维的优化，随后根据纵向型面和水平型面通过无限插值得到Coons曲面，按照需要增加辅助控制型线对Coons曲面进行必要的修改，确定三维列车车头模型，最后对三维列车车头模型开展三维流动计算，与现有的磁悬浮列车进行比较，以确认是否实现减阻的目标。本发明通过采用上述方法，减少了高速列车的阻力，并且缩短了研制周期，减轻了设计人员的劳动强度，实现高速列车车头的快速高效的设计。

主权项

1.一种高速列车车头优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立高速列车车头的参数化模型，其中包括描绘列车的头部形状的三条主控制型线和两条辅助控制型线，所述三条主控制型线包括纵向对称面最大控制型线、俯视最大控制型线和车体截面外廓型线，所述两条辅助控制型线使车头背部和侧面光滑连接，所述纵向对称面最大控制型线主要控制列车的阻力，所述俯视最大控制型线主要控制列车的交会压力波，所述车体截面外廓型线保持与现有的高速列车相同；(2)纵向对称面最大控制型线和俯视最大控制型线用二次曲线来表示，每条二次曲线用3个参数来控制，所述3个参数分别是列车头部长度、角度和形状参数，纵向对称面最大控制型线和俯视最大控制型线共由6个参数控制，根据现有高速列车车头的外形，对这6个参数选取合理的变化范围，并取具体数值，分别对纵向对称面最大控制型线和俯视最大控制型线的参数排列组合，列出数据设计表；(3)根据所述设计表中的参数，利用计算流体动力学(CFD)软件分别对纵向对称面最大控制型线和俯视最大控制型线的试验方案进行二维流动计算，对纵向对称面最大控制型线的试验方案计算阻力，选取使得阻力系数最小的参数值作为对称面最大控制型线的参数，对俯视最大控制型线的试验方案计算会车压力波的幅值，选取使得会车压力波的幅值最小的参数值作为俯视最大控制型线的参数；(4)根据所选取的纵向对称面最大控制型线和俯视最大控制型线的参数，结合车体截面外廓型线通过无限插值得到Coons曲面，或者采用NURBS曲面，根据需要增加辅助控制型线对Coons曲面进行必要的修改，确定三维高速列车车头模型；(5)对三维高速列车车头模型开展三维流动计算，计算得到的阻力与现有的高速列车相比，验证阻力是否减小，如果是，则设计完成；如果不是，再回到第(2)步，更改6个参数的变化范围，重复第(3)步到第(5)步。