Экспериментальные измерения аэродинамики подвижного состава

Рост скорости движения поездов на железных дорогах сопровождается существенным увеличением аэродинамического воздействия на конструкции, расположенные в непосредственной близости от оси пути. Особую важность данный фактор приобретает при развитии высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). Определение нагрузок на конструкции при проектировании и строительстве ВСМ целесообразно выполнять путем численного моделирования в специализированных программных комплексах с обязательной верификацией разработанных расчетных моделей.
В настоящей статье представлены результаты экспериментальных измерений внешней аэродинамики подвижного состава, курсирующего по линии Санкт-Петербург – Москва Октябрьской железной дороги. Изменения величины воздушного давления в точке при прохождении поездов измерялись высокочастотными мембранными датчиками давления. Установленная скорость движения поездов в местах измерения составляла до 140 км/ч для обычных пассажирских поездов и до 250 км/ч для высокоскоростного электропоезда «Сапсан». Анализ полученных результатов позволил получить картину распределения экстремальных величин избыточного и разреженного воздушного давления в зависимости от расстояния от оси пути и высоты над уровнем головки рельса для различных типов подвижного состава. На основе полученной картины распределения установлена степень снижения интенсивности воздушной волны от проходящего поезда в зависимости от расстояния от оси пути. Также выявлен периодический характер аэродинамического воздействия, вызванный наличием промежутков между вагонами, и определены его частоты для разных скоростей движения.
Результаты, приведенные в данной работе, впоследствии могут быть использованы для верификации разработанных расчетных моделей аэродинамического воздействия движущихся высокоскоростных поездов на элементы инфраструктуры.

1. Чурков Н. А., Битюцкий А. А., Кручек В. А. Влияние воздушной среды на поезд // Проблематика транспортных систем. 2013. № 2. С. 20–26.

2. Поляков Б. О., Ватулина Е. Я. Взаимодействие высокоскоростного поезда с воздушной средой вблизи объектов инфраструктуры // Транспорт Российской Федерации. 2017. № 3 (70). С. 25–28.

3. Чурков Н. А. Аэродинамика железнодорожного поезда: принципы конструирования подвижного состава, минимизирующие воздействия воздушной сферы на железнодорожный поезд. М. : Желдориздат, 2007. 332 с.

4. Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 117, no. 1201. P. 201–228.

5. Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118, no. 1202. P. 345–382.

6. Baker C. J., Soper D. A full-scale experimental investigation of passenger and freight train aerodynamics // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F : Journal of Rail and Rapid Transit. 2019. No. 234 (5). С. 1–41.

7. Full-scale experiment of transient aerodynamic pressures acting on a bridge noise barrier induced by the passage of high-speed trains operating at 380–420 km/h / Xiong Xiao-Hui, Yang Bo, Wang Kai-Wen [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 204. P. 1–9.

8. Yue Zhang, Dongping Wang. Numerical analysis of the aerodynamic characteristics of the open Line intersection of fast freight train with the speed of 160 km/h // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2125. P. 1–10.

9. Moving model experiments on transient pressure induced by a high-speed train passing through noise barrier / Jian Du, Lei Zhang, Ming-zhi Yang [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 204.

10. Aerodynamic forces on railway acoustic barriers / D. Soper, S. Gillmeier, C. Baker [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2019. No. 191. C. 266–278.

11. Лазаренко Ю. М., Капускин А. Н. Аэродинамическое воздействие высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на пассажиров на платформах и на встречные поезда при скрещении // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 4. С. 11–14.

12. Горелик А. В., Шуваев В. В., Минаков Д. Е. Аэродинамическое воздействие скорости движения поезда на напольные устройства СЦБ // Наука и техника транспорта. 2013. № 2. С. 067–074.