胥紅敏，張鵬，郭湛

（中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081）

高速鐵路的發(fā)展對鐵路安全性提出了更高要求，大風(fēng)是影響鐵路安全的重要因素之一，對大風(fēng)作用下高速列車運行安全性進(jìn)行研究具有重要意義。

在大風(fēng)作用下高速列車安全性的研究方面，我國起步較晚，但近10年來隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，我國研究人員也進(jìn)行了大量、多方面的相關(guān)研究。對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行歸納整理，以期對我國進(jìn)一步深入研究提供參考和借鑒。

1 國外相關(guān)研究

早在20世紀(jì)70年代，國外研究者就開始研究側(cè)風(fēng)對軌道交通的影響，特別是德國、法國和日本這些高速鐵路發(fā)展較早的國家。研究表明，列車對風(fēng)的干擾是敏感的，風(fēng)是影響列車安全的重要因素。為降低燃料損耗，列車制造商更傾向于生產(chǎn)低風(fēng)阻車輛，1986年研究者發(fā)現(xiàn)流線型列車可以降低列車的橫風(fēng)敏感性，并開展了列車橫風(fēng)特性研究[1-2]。同時，降低列車重量的現(xiàn)實要求進(jìn)一步加強(qiáng)了對風(fēng)穩(wěn)定性、列車外形以及動態(tài)特性耦合研究的迫切性。

列車強(qiáng)風(fēng)空氣動力學(xué)性能作為強(qiáng)風(fēng)對策研究的重要組成部分，各國研究者進(jìn)行了多角度的研究。J Bettle等[3]通過數(shù)值模擬，給出了高架橋上、橫風(fēng)作用下貨車車輛的流場分布及氣動力，結(jié)果表明列車在橫風(fēng)下的氣動力矩隨車速的增加而增大。Suzuki等[4]利用風(fēng)洞試驗研究了橫風(fēng)作用下車輛的氣動特性，發(fā)現(xiàn)橫風(fēng)對車輛的作用不僅與車輛外形有關(guān)，還與車輛下部的線路結(jié)構(gòu)有關(guān)，該文獻(xiàn)對在高路堤和橋梁上運行的高速列車外流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示當(dāng)橋梁厚度增加時，作用在列車上的橫向氣動力也增大；運行在路堤上的列車受到的氣動力與地面邊界層的分布有關(guān)，列車在高路堤上運行時，承受的橫向氣動力要大于在低路堤上運行的情況。Stephane等[5]用一種新的試驗方法研究了風(fēng)力系數(shù)的變化規(guī)律。基于Cheli等[6-8]提出的作用于車體的氣動載荷定義的方法體系，Bocciolone 等[9]開展了3種車型列車模型在不同工況下靜止和運動時的風(fēng)洞試驗，結(jié)果認(rèn)為列車的運動并未嚴(yán)重影響相關(guān)力學(xué)參數(shù)。B Diedrichs等[10]應(yīng)用ADAMS/RAIL軟件建立了準(zhǔn)靜態(tài)模型，研究橫風(fēng)作用下不同類型機(jī)車車輛的輪軌關(guān)系。Tristan Favre等[11]針對機(jī)車車輛開展了非穩(wěn)態(tài)橫風(fēng)氣動力學(xué)分離渦模擬。C J Baker等[12]把在線實車試驗結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)兩者之間能很好地吻合。

1.1 歐洲國家

部分歐洲國家（德國、法國）的鐵路公司、大學(xué)（埃爾朗根大學(xué)、諾丁漢大學(xué)）以及英國鐵路安全與標(biāo)準(zhǔn)委員會聯(lián)合進(jìn)行了一系列相關(guān)研究，包括1996年啟動的為期3年的研究項目“TRANSAERO”以及此后德國鐵路公司、法國鐵路公司和西門子股份公司相繼開展的“DEUFRAKO”“WODAN”等項目，所涉及的方法包括實車試驗方法、風(fēng)洞試驗方法、CFD數(shù)值模擬計算方法以及多體動力學(xué)仿真等[11]。通過以上方法對列車在強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用下脫軌及傾覆的空氣動力作用及動力學(xué)過程進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，為制定鐵路運行規(guī)范和采取防風(fēng)措施提供了重要科學(xué)依據(jù)。

德國鐵路公司在采用了高速輕量化的ICE2列車后，開展了密集的跨學(xué)科合作，目標(biāo)是建立1個對于軌道交通廣泛適用的方法以保證強(qiáng)側(cè)風(fēng)下列車的運營安全。其中，A Carrarini[13]利用線性面元法計算了作用在列車表面的非穩(wěn)態(tài)氣動力，然后將其傳遞給多體系統(tǒng)動力學(xué)軟件SIMPACK，計算出列車在該氣動力作用下的動力學(xué)響應(yīng)，再將車體位移和速度響應(yīng)傳遞回流體計算程序，如此反復(fù)，計算二者之間的相互作用。該研究指出當(dāng)氣動力的激振頻率接近車體的振動頻率時，車體的振動對流場的影響不可忽視。然而，面元法是基于無粘流的假設(shè)，因此不能模擬存在粘性影響的分離流區(qū)域。

法國學(xué)者S Aita[14]采用有限元法在Convex計算機(jī)上求解N-S方程，對TGV列車頭部進(jìn)行優(yōu)化；N Paradot等[15]為了法國地中海線TGV高速雙層列車在側(cè)風(fēng)環(huán)境下的運行安全性，應(yīng)用等比縮小風(fēng)洞和水槽試驗研究了該列車的橫風(fēng)敏感性，并用數(shù)值方法對列車的流場特性進(jìn)行模擬，通過對比側(cè)向力、升力和傾覆力矩結(jié)果，指出在風(fēng)向角≤30°時，試驗結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好，而當(dāng)風(fēng)向角在60°左右時差異較大。

在瑞典，以 Sini?a Krajnovi?[16-18]為主的研究團(tuán)隊在列車空氣動力學(xué)方面進(jìn)行了出色的研究，將大渦模擬（LES）引入列車空氣動力學(xué)的計算中，并將計算結(jié)果與風(fēng)洞試驗進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)如果雷諾數(shù)足夠高，則雷諾數(shù)對列車周圍的分離流沒有太大影響，同時也說明大渦模擬可以應(yīng)用于列車外流場的模擬，并對列車側(cè)風(fēng)安全性和舒適性以及隧道內(nèi)列車橫向晃動嚴(yán)重這些問題進(jìn)行了研究。在風(fēng)向角為35°和90°的情況下，雷諾數(shù)分別為3.7×105和3.0×105，簡化列車模型的外流場計算結(jié)果表明，列車表面旋渦的脫落與再附著對氣動力有一定影響，該結(jié)果與風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)一致。并且還發(fā)現(xiàn)盡管氣動力系數(shù)轉(zhuǎn)換過來的流動頻率非常小，但接近于高速列車的橫向振動頻率。B Diedrichs等[19-20]利用試驗和數(shù)值模擬的方法，對ICE3列車的牽引車在6 m高路堤上以及ICE2列車在單、雙線隧道中運行時的外流場進(jìn)行了研究，數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合。結(jié)果顯示列車在路堤背風(fēng)側(cè)運行時空氣動力性能較迎風(fēng)側(cè)更加惡化，指出相對于平地，列車在6 m高路堤上運行時的容許最大風(fēng)速要降低20%左右。

在英國，J M Copley[21]提出了一種預(yù)測平均風(fēng)作用下列車承受氣動力和力矩的數(shù)值方法，并編制了相應(yīng)的計算程序。T W Chiu等[22-24]提出了一種三維源/渦面元法，預(yù)測在側(cè)風(fēng)環(huán)境下作用在一簡化列車模型表面的空氣動力載荷。在這個模型中，列車表面和背風(fēng)側(cè)的旋渦分別用一系列的源和渦面元來描述，計算過程是二維和三維計算的混合，二維計算大大簡化了三維計算所需要的計算資源。C J Baker等[25-31]在風(fēng)洞模擬與實車試驗方面所做的研究對推動列車空氣動力學(xué)的飛速發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。C J Baker研究了側(cè)風(fēng)環(huán)境下，作用在各種不同類型車輛上的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)氣動力，建立了統(tǒng)一的分析框架。為確定獲得信息的可靠性，對于不同的車輛參數(shù)，開展了一系列大規(guī)模的實車試驗。W Khier等[32-33]對不同風(fēng)向角時簡化車體模型周圍的高雷諾數(shù)流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)風(fēng)向角在0°～90°內(nèi)變化時，列車周圍的氣流呈現(xiàn)不同的發(fā)展形態(tài)，旋渦結(jié)構(gòu)與風(fēng)向角有著密切的關(guān)系。同時，W Khier還計算了運行在路堤上的高速列車在橫風(fēng)作用下的氣動力特性，得到了列車在不同角度自然風(fēng)作用下受到的側(cè)向力、升力、側(cè)滾力矩系數(shù)以及列車表面不同位置的壓力系數(shù)。

在意大利，C Catanzaro等[34]應(yīng)用計算流體力學(xué)模擬了不同場景橫風(fēng)作用下ETR-500型高速動車組的氣動性能，其結(jié)果與風(fēng)洞試驗吻合較好。

1.2 日本

日本政府對于橫風(fēng)下的鐵路安全較重視，從20世紀(jì)開始，日本鐵道綜合技術(shù)研究所（RTRI）等機(jī)構(gòu)就開展了包括風(fēng)洞試驗、仿真模擬以及實車試驗等多方面的研究[35-36]。RTRI防止強(qiáng)風(fēng)災(zāi)害的研究分為強(qiáng)風(fēng)下車輛力學(xué)性能、強(qiáng)風(fēng)下車輛空氣動力學(xué)特性、外力強(qiáng)風(fēng)特性以及安全性評價等4個領(lǐng)域。各領(lǐng)域的研究人員就各自承擔(dān)的課題并行研究，共享研究成果。在以上分支領(lǐng)域，日本研究者做出了不同的成績。首先，為了提高顛覆界限風(fēng)速的推測精度，RTRI提出了精密的靜態(tài)解析模型，并著手構(gòu)造再現(xiàn)車輛運動的動態(tài)解析模型；其次，采用縮尺模型，用穩(wěn)態(tài)風(fēng)場進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，從而求出不同車輛形狀、線路及列車速度條件對應(yīng)的顛覆界限風(fēng)速；再次，對強(qiáng)風(fēng)的時間、空間關(guān)系進(jìn)行了研究，探討了限制風(fēng)速和與強(qiáng)風(fēng)遭遇的可能性，為使行車管制區(qū)間與風(fēng)速計設(shè)置點相適應(yīng)，開發(fā)了制作沿線強(qiáng)風(fēng)分布圖（強(qiáng)風(fēng)圖）的方法。同時，還針對防風(fēng)柵式樣對空氣力的影響進(jìn)行了風(fēng)洞試驗。此外，在評價強(qiáng)風(fēng)下列車運行安全性時提出需要考慮引入概率論的意向。

2 國內(nèi)相關(guān)研究

我國于20世紀(jì)90年代才正式開始研究橫風(fēng)對列車的影響，主要包括理論研究、試驗研究和數(shù)值模擬研究3種研究方法。其中，試驗研究主要是針對列車空氣動力學(xué)，包括風(fēng)洞試驗研究和實車試驗研究。實車試驗研究考慮到經(jīng)濟(jì)等方面原因，幾乎都僅限于較低風(fēng)速情況下。風(fēng)洞試驗研究應(yīng)用較廣，我國相關(guān)科研人員研究了多種工況。盡管風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ秃蛯嵻囉休^大差別、具有局限性，但對于了解各種工況下車輛的空氣動力學(xué)還是具有較高的實踐意義。數(shù)值模擬研究源于近年來計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展以及對國外諸如FLUENT、CFX、STAR-CD等流體專業(yè)軟件和NUCARS、SIMPACK等多體動力學(xué)軟件的引進(jìn)，其中流體力學(xué)軟件用于列車空氣動力學(xué)的研究，多體動力學(xué)軟件用于列車安全性的研究，由于高風(fēng)速下實車安全性試驗研究難以實現(xiàn)，數(shù)值模擬方法有效填補(bǔ)了該方面研究的空白[37-39]。

近年來，我國相關(guān)研究主要集中在以下3個方面：不同工況下高速列車周圍流場及列車安全性研究；周圍環(huán)境，如路堤、風(fēng)屏障以及突風(fēng)口等對列車氣動特性的影響研究；風(fēng)、車、橋耦合研究。

2.1 不同工況下高速列車周圍流場及列車安全性研究

我國研究前期著重于不同工況下高速列車周圍流場及列車安全性的研究[40-44]，方法涉及風(fēng)洞試驗、理論計算、計算機(jī)仿真以及以上方法結(jié)合運用。

1998年，張健等[45]進(jìn)行風(fēng)洞試驗，研究了橫風(fēng)對電動車組中各車輛氣動特性的影響，認(rèn)為橫風(fēng)風(fēng)速為15～25 m/s、列車速度不大于300 km/h時，橫風(fēng)不能對車輛造成嚴(yán)重影響，電動車組橫向是穩(wěn)定的；繆新樂等[46]基于風(fēng)洞試驗，采用計算流體力學(xué)方法對CRH380A型高速列車車頭形狀進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，對空氣動力學(xué)性能進(jìn)行計算、分析和比較；黃志祥等[47-48]應(yīng)用風(fēng)洞試驗的方法比較了2種頭型高速列車的氣動特性，探討了減小高速列車空氣阻力的措施；毛軍等[49]應(yīng)用風(fēng)洞試驗結(jié)合計算流體力學(xué)方法比較了均勻風(fēng)場和實際大氣風(fēng)場對列車空氣動力學(xué)影響；張在中等[50]應(yīng)用風(fēng)洞試驗探討了高速列車不同頭型對其氣動性能的影響。

于夢閣等[51]基于Cooper理論和諧波疊加法對任意風(fēng)向角下的脈動風(fēng)速進(jìn)行數(shù)值模擬，并推導(dǎo)了任意風(fēng)向角下高速列車非定常氣動載荷的計算方法，研究了不同車速和不同風(fēng)向角下高速列車的非定常氣動載荷特性；劉為亞等[52]采用流體力學(xué)仿真的方法研究了橫風(fēng)作用下高速列車同向并行運行時的氣動性能；鑒于風(fēng)的隨機(jī)性，于夢閣[53]把可靠性理論引入高速列車的氣動安全性研究；李明等[54]應(yīng)用數(shù)值模擬研究了橫風(fēng)速度對氣動粘性阻力和氣動壓差阻力的影響；邵微[55]通過幾種不同的研究手段對高速列車頭車的空氣動力學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步優(yōu)化設(shè)計；張明祿等[56]基于三維非定常不可壓縮流動的 Navier-Stokes方程，采用大渦模擬的湍流模型和有限體積法，對CRH2型動車組的流場結(jié)構(gòu)和氣動力進(jìn)行了動網(wǎng)格的動態(tài)數(shù)值模擬計算；馬靜等[57]通過大渦模擬數(shù)值計算方法，對均勻定常橫風(fēng)下高速列車的非定常空氣動力特性進(jìn)行了研究；王永冠、Y Xu、楊吉忠、鄧永權(quán)等[58-61]通過仿真分析，研究了橫風(fēng)作用時間對于高速列車直線運行安全性指標(biāo)的影響。

姚應(yīng)峰[62]針對200 km/h動車組，利用流體力學(xué)軟件FLUENT進(jìn)行動力學(xué)計算和分析，得出動車組在常值側(cè)風(fēng)和陣風(fēng)工況下的氣動力及氣動力矩，同時還借助多體動力學(xué)軟件SIMPACK建立了該動車組的多體動力學(xué)模型并進(jìn)行了臨界速度計算；康康等[63]通過ADAMS的insight模塊進(jìn)行試驗設(shè)計，計算了各氣動力分量對尾車前轉(zhuǎn)向架背風(fēng)側(cè)前車輪脫軌系數(shù)的影響因子，但其研究工況中列車速度最大僅為108 km/h；彭祎愷[64]應(yīng)用多體動力學(xué)模擬研究了側(cè)風(fēng)作用下軌道激擾對列車安全性的影響；于夢閣等[65-67]應(yīng)用多體動力學(xué)軟件研究了不同風(fēng)向角、不同風(fēng)速和不同車速下列車車體上的阻力、側(cè)力、升力、傾覆力矩、搖頭力矩和點頭力矩，還研究了側(cè)風(fēng)作用下列車的輪對狀態(tài)，同時，通過數(shù)值模擬研究，認(rèn)為傳統(tǒng)確定性方法得到的高速列車的安全域曲線偏于保守，基于可靠性方法可得到更合理的安全域曲線。

田紅旗、譚深根[68-69]在列車空氣動力學(xué)方面取得了諸多成果，系統(tǒng)論述了列車空氣動力學(xué)研究方法、空氣動力特性、形成機(jī)理及規(guī)律、影響因素、分析理論與工程應(yīng)用。

2.2 周圍環(huán)境對列車氣動特性的影響研究

我國研究者注意到周圍環(huán)境，如路堤、風(fēng)屏障以及突風(fēng)口等對列車氣動特性的影響[70-74]比較重要，遂逐漸展開該方面的研究工作。

梁習(xí)鋒等[75-77]采用二維模型研究了客車、敞車、棚車和罐車4種不同外形鐵路車輛在路堤高度、橫風(fēng)風(fēng)速相同條件下的橫向氣動性能差異，采用有限體積法對強(qiáng)側(cè)風(fēng)作用下棚車氣動外形進(jìn)行了優(yōu)化研究，并對不同風(fēng)速、不同風(fēng)向環(huán)境風(fēng)作用下，磁浮列車等速交會時列車橫向氣動性能進(jìn)行了數(shù)值分析；王厚雄等[78-79]以現(xiàn)場實測和風(fēng)洞及水槽模擬試驗結(jié)果為依據(jù)，論述了不同類型和不同高度的擋風(fēng)墻及鐵路路堤對大風(fēng)特性和車輛橫風(fēng)氣動特性的諸多影響，并通過風(fēng)洞試驗和全尺寸車輛現(xiàn)場實測研究了車頂外形對車輛氣動橫向穩(wěn)定性等氣動特性的影響；劉為亞等[80]研究了橫風(fēng)作用下高速列車同向并行運行安全性；羅建斌等[81]采用計算流體力學(xué)方法研究了路堤傾角變化對高速列車側(cè)風(fēng)運行氣動特性的影響；賈曄松[82]建立了側(cè)風(fēng)中列車在路堤、橋梁和平地運行時的三維空氣動力學(xué)模型，對車體表面及周圍壓強(qiáng)隨車速的變化進(jìn)行了分析，比較了不同風(fēng)速和不同路況時，車體周圍的流場分布情況；黃亞進(jìn)[83]開展了風(fēng)障-列車-簡支箱梁系統(tǒng)氣動性能的數(shù)值模擬分析和風(fēng)洞試驗研究；劉偉等[84]建立了高架線和路堤2種不同路況下側(cè)風(fēng)作用于列車的空氣動力學(xué)模型，并進(jìn)行數(shù)值計算，得到不同側(cè)風(fēng)速度和不同運行速度下列車周圍壓強(qiáng)分布及列車的氣動載荷特性，同時應(yīng)用多體動力學(xué)軟件研究了不同工況下列車安全特性。

在這部分研究中，風(fēng)屏障以及類似物對風(fēng)的影響研究占很大一部分。苗秀娟等[85]應(yīng)用滑動網(wǎng)格技術(shù)模擬研究了強(qiáng)橫風(fēng)下列車出隧道時的瞬態(tài)氣動性能；葉劍[86]建立不同高度、透風(fēng)率/擋風(fēng)板旋轉(zhuǎn)角度風(fēng)屏障模型，在橫風(fēng)下考慮橋上有車和無車2種情況進(jìn)行數(shù)值計算，得到每種風(fēng)屏障在不同高度、擋風(fēng)板轉(zhuǎn)角下的擋風(fēng)效果和自身風(fēng)荷載；向活躍[87]采用李永樂研發(fā)的橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件BANSYS模擬了風(fēng)屏障對運動車輛橫風(fēng)氣動特性的影響和風(fēng)屏障在風(fēng)荷載及列車風(fēng)作用下的疲勞特性；項超群等[88]在風(fēng)屏障研究中引入了動網(wǎng)格模型；周志勇等[89]采用動網(wǎng)格技術(shù)數(shù)值模擬高速列車從進(jìn)入站臺到駛離站臺過程中，雨棚表面所受空氣荷載的空間、時間變化特性；李鯤[90]采用風(fēng)洞煙流等綜合方法研究了防風(fēng)半封閉長廊對于大風(fēng)作用下蘭新二線高速列車的空氣動力學(xué)影響。

2.3 風(fēng)、車、橋耦合研究

風(fēng)、車、橋耦合研究是風(fēng)作用下列車運行安全的一個重要方面[91-94]。岳澄等[95]建立了橋梁單體、車輛單體和車橋耦合體系二維模型，采用數(shù)值模擬的方法計算分析了車橋耦合體系氣動力特性和風(fēng)壓分布；項超群等[96]的研究中不僅考慮了風(fēng)、車、橋耦合，還研究了風(fēng)屏障對風(fēng)的影響；杜風(fēng)宇[97]以京滬高鐵32 m簡支梁橋及雙側(cè)透風(fēng)式擋風(fēng)墻為試驗?zāi)Ｐ?，對?橋系統(tǒng)間氣動特性的相互干擾及擋風(fēng)墻的影響進(jìn)行了風(fēng)洞測壓試驗研究；張?zhí)颷98]建立了考慮風(fēng)屏障的風(fēng)、車、橋耦合振動分析框架；賴慧蕊等[99]模擬了風(fēng)洞試驗中橫風(fēng)作用下高速列車與32 m簡支梁橋系統(tǒng)空氣動力學(xué)行為，以研究高速列車與橋梁之間的相互氣動影響；羅建斌等[100]模擬計算了橫風(fēng)速度對單線高架橋上高速列車氣動特性影響；陳玥[101]以滬昆鐵路某槽形梁獨塔跨線斜拉橋為工程背景，對車-橋流場進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到不同工況下列車風(fēng)對橋梁的氣動力；楊靖[102]釆用SST湍流模型對不同來流條件下的三跨連續(xù)梁橋的氣動性能進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，分別探討了來流風(fēng)速、風(fēng)攻角、邊界層和橋墩對連續(xù)梁橋氣動性能的影響；冉瑞飛[103]應(yīng)用自行研制的移動列車模型風(fēng)洞試驗系統(tǒng)研究了不同風(fēng)速、風(fēng)偏角、湍流強(qiáng)度以及列車在橋上不同縱向位置、會車等工況下列車和橋梁各自氣動力系數(shù)的變化規(guī)律。

近10年來，中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司一方面針對高速鐵路進(jìn)行了大量風(fēng)監(jiān)測試驗和研究，在部分高速鐵路線路上安裝了風(fēng)監(jiān)測設(shè)備，為鐵路安全保駕護(hù)航；另一方面，鑒于實車試驗的危險性，進(jìn)行了多種工況的風(fēng)作用下高速列車安全動力學(xué)仿真模擬，研究了風(fēng)速、車速和高速列車安全性的關(guān)系[104-106]。此外，通過合理簡化，應(yīng)用理論計算方法，研究了準(zhǔn)靜態(tài)條件下車體受到的風(fēng)壓與線路附近局部環(huán)境的關(guān)系。

綜上所述，國內(nèi)研究各有偏重，盡管有些方面的研究比較深入，但距離針對高速動車組的實際應(yīng)用還有一定距離。

3 大風(fēng)條件下的列車運營規(guī)則

2010年，針對列車的橫風(fēng)問題，歐盟頒布了EN 14067“鐵路應(yīng)用：空氣動力學(xué)”一系列標(biāo)準(zhǔn)，對特征風(fēng)曲線的確定方法和步驟進(jìn)行了規(guī)定。日本根據(jù)相關(guān)研究成果，制定了適于本國列車運行的管制規(guī)則。

針對大風(fēng)作用下的列車運營規(guī)則，我國研究者近年來也進(jìn)行了相關(guān)探索。郗艷紅等[107]以我國CRH3型高速動車組實車為原型，仿真計算了多種工況下的動力學(xué)性能，在計算中不僅考慮真實受電弓、轉(zhuǎn)向架等列車的細(xì)部特征，還考慮了不同的列車速度、橫風(fēng)速度以及軌道譜；崔濤等[108]通過對列車外流場和系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行協(xié)同仿真，獲得不同側(cè)風(fēng)環(huán)境下列車的穩(wěn)定姿態(tài)和氣動載荷，研究了列車運行的安全性指標(biāo)，分析了不同側(cè)風(fēng)環(huán)境下列車安全運行的臨界速度，確定了列車的側(cè)風(fēng)作用安全域；黃烈威等[109]研究提出了CRH3G型動車組的橫風(fēng)運行安全速度域。

2013年，原中國鐵道科學(xué)研究院完成了國家自然科學(xué)基金項目《大風(fēng)對高速列車運行安全性影響及應(yīng)急控制的研究》，其中部分重要內(nèi)容為：基于二元二次多項式回歸模型以及仿真計算數(shù)據(jù)，應(yīng)用逐步回歸的方法，針對CRH2和CRH3型動車組，建立了脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軸橫向力對于風(fēng)速、車速的“最優(yōu)”回歸模型，據(jù)此繪制了2種車型的風(fēng)速-車速包絡(luò)曲線，并進(jìn)一步制定了針對這2種車型的行車管制規(guī)則，該規(guī)則與《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》中的規(guī)定符合性較好。同時指出，應(yīng)用此方法，可以針對我國各條線路的具體工況以及典型車型方便地進(jìn)行相應(yīng)線路的橫風(fēng)安全性估計，并得到風(fēng)速閾值曲線。

4 總結(jié)與展望

隨著我國高速鐵路的迅猛發(fā)展，有些基礎(chǔ)研究還無法適應(yīng)高速鐵路的發(fā)展速度，例如，風(fēng)洞試驗、理論計算以及計算機(jī)仿真工況還需要繼續(xù)擴(kuò)充，鐵路空氣動力學(xué)研究還沒有形成完整的體系，大風(fēng)條件下的列車運營規(guī)則也大多是借助國外經(jīng)驗。同時，伴隨列車高速化和車輛輕量化的發(fā)展趨勢，在強(qiáng)風(fēng)安全性方面，情況愈加嚴(yán)峻，需要進(jìn)一步進(jìn)行廣泛研究，為高速鐵路的安全運營奠定堅實理論基礎(chǔ)。目前，可以開展以下3方面的研究：一是研究各條鐵路沿線的大風(fēng)分布特點，著重于高速鐵路、風(fēng)速較大和容易產(chǎn)生突風(fēng)的區(qū)域，形成1個全國范圍的鐵路沿線風(fēng)圖譜，為此有針對性地采用風(fēng)監(jiān)控和防風(fēng)墻等列車安全防護(hù)措施；二是歸納整理近年來的研究成果，通過相應(yīng)研究補(bǔ)充制定適用于我國的鐵路空氣動力學(xué)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范橫風(fēng)試驗和橫風(fēng)預(yù)測等相關(guān)步驟；三是針對不同車型和軌道譜制定有針對性的大風(fēng)作用下列車運行管制規(guī)則。