1、高速列车外形设计高速列车外形设计国内外研究现状与发展趋势国内外研究现状与发展趋势赵怀瑞赵怀瑞 华东交通大学华东交通大学纲要纲要 引言引言 列车外形的演变列车外形的演变 高速列车造型欣赏高速列车造型欣赏 列车外形设计内容与原则列车外形设计内容与原则 列车外形设计国内外研究现状列车外形设计国内外研究现状 列车外形设计未来发展趋势列车外形设计未来发展趋势一、引言一、引言国外提速国外提速一、引言一、引言我国提速我国提速一、引言一、引言我国提速我国提速一、引言一、引言我国提速我国提速一、引言一、引言提速带来问题提速带来问题什么原因？什么原因？一、引言一、引言提速解决方案提速解决方案有什么办法呢？有什么办
2、法呢？二、列车外形设计二、列车外形设计内容内容轮廓设计轮廓设计 色彩设计色彩设计 色彩设计色彩设计材质设计材质设计 3 3 1 13 3 2 23 3 3 3二、列车外形设计二、列车外形设计原则原则功能性原则功能性原则 3 3 1 1美学原则美学原则 3 3 3 3经济性原则经济性原则 4 4工艺性原则工艺性原则 2 2三、列车外形设计国内外研究现状三、列车外形设计国内外研究现状基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 1 1）实验技术）实验技术线路试验线路试验3 3 1 1基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 1 1）试验技术）试验技术三、国内外研究现状三、国内外
3、研究现状试验技术试验技术3 3 1 1室内试验要求？室内试验要求？基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 1 1）实验技术）实验技术三、国内外研究现状三、国内外研究现状试验技术试验技术西南交大、力学所西南交大、力学所中南大学中南大学3 3 1 1三、国内外研究现状三、国内外研究现状外形对阻力的影响外形对阻力的影响形成原因形成原因2 2）外形对气动阻力影响）外形对气动阻力影响基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 在阻力中比例在阻力中比例221AAGCVVBVBAR3 3 1 1定性研究定性研究2 2）外形对气动阻力影响的实验研究）外形对气动阻力影响的实验研究基于实验
4、的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 三、国内外研究现状三、国内外研究现状外形对阻力的影响外形对阻力的影响3 3 1 1大比小大比小 降低降低18.9% 18.9% ；全比小；全比小 降低降低30.9%30.9% 2 2）外形对气动阻力影响的实验研究）外形对气动阻力影响的实验研究基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 三、国内外研究现状三、国内外研究现状外形对阻力的影响外形对阻力的影响3 3 1 12 2）外形对气动阻力影响的实验研究）外形对气动阻力影响的实验研究基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 三、国内外研究现状三、国内外研究现状外形对阻力的影响外形
5、对阻力的影响3 3 1 13 3）外形对隧道气动性能影响的实验研究）外形对隧道气动性能影响的实验研究基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对隧道性能影响外形对隧道性能影响3 3 1 1四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对横风性能影响外形对横风性能影响YoonYoon 3 3）隧道气动性能影响的实验研究）隧道气动性能影响的实验研究基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 3 3 1 1四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对横风性能影响外形对横风性能影响实验的列车外形设计方法实验的列车外形设计方法 4 4）外形对横风气动
6、性能影响）外形对横风气动性能影响Heine Heine 实验方案实验方案 四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对横风性能影响外形对横风性能影响3 3 1 1基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 5 5）外形对列车交会气动性能影响）外形对列车交会气动性能影响Gawthorpe 1,20,2,1PPpCCC22,146. 365. 011)25. 01 (77. 0ddpRyRyCSteinheuer 四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对交会性能影响外形对交会性能影响3 3 1 1基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 5 5）外形对列车交会气动性能影响）外
7、形对列车交会气动性能影响 田红旗田红旗四、国内外研究现状四、国内外研究现状外形对交会性能影响外形对交会性能影响3 3 1 1基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 6 6）基于试验的外形设计）基于试验的外形设计 四、国内外研究现状四、国内外研究现状综合试验综合试验3 3 1 1日本日本基于实验的列车外形设计方法基于实验的列车外形设计方法 6 6）基于试验的外形设计）基于试验的外形设计 四、国内外研究现状四、国内外研究现状综合试验综合试验3 3 1 1德国德国到线路中心为到线路中心为25米、距离地面高度为米处测定米、距离地面高度为米处测定第第1种住宅区域种住宅区域:0dB以下以下其
8、他住宅区域其他住宅区域:dB以下以下四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学仿生学设计设计四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计仿生学方法仿生学方法3 32 2四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计仿生学方法仿生学方法3 32 2仿生学方法仿生学方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计3 32 2仿生学方法仿生学方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计3 32 2仿生学方法仿生学方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计3 32 2系系系系运行
9、阻力运行阻力气动阻力气动阻力四、国内外研究现状四、国内外研究现状仿生学设计仿生学设计试验设计方法不足？试验设计方法不足？四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法数值设计方法数值设计方法1 1）设计方法）设计方法参数化建模结束YN| |value|CFD优化算法开始瑞典庞巴迪公司瑞典庞巴迪公司 3 33 3数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法3 33 3数值设计方法数值设计方法列车庞大，空气动力为非线性，优化需要迭代，1 1）设计方法）设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法3 33 3四、国内外研究
10、现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法数值设计方法数值设计方法Bellenoue 两步法两步法Yo-Cheon Ku 3 33 3四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法数值设计方法数值设计方法参数化建模近似模型结束YDOE 优化计算N收敛？CFD优化算法Hyeok-bin KWON 1 1）设计方法）设计方法3 33 3田田红红旗旗、高高广广军军 四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法数值设计方法数值设计方法1 1）设计方法）设计方法3 33 3 参数化建模方法参数化建模方法 DOE 近似模型近似模型 优化算法优化算法 典型研究介绍典型研究介
11、绍参数化参数化近似模型近似模型结束结束YDOE 优化计算优化计算N收敛？收敛？CFD优化算法优化算法四、国内外研究现状四、国内外研究现状数值设计方法数值设计方法数值设计方法数值设计方法1 1）设计方法）设计方法3 33 3M.IIDA (1997,2） 22112211axaaxaaxaabxA数值设计方法数值设计方法2 2）参数化建模）参数化建模四、国内外研究现状四、国内外研究现状参数化建模参数化建模3 33 3Hyeok-bin KWON（2001,6） niiibaseFWAxA1)(12. 00 ,11201WexxFx15. 003. 0 ,)sin(2325. 02WxF05. 0
12、05. 0,)sin(438 . 04WxF04. 006. 0,)sin(53375. 15WxF04. 006. 0,)sin(6336WxF11. 001. 0 ,)sin(335 . 03WxFx为横截面到车头的距离，a头型长度，b头型高度，a1、a2为形状控制参数。、（2010,5） 数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状参数化建模参数化建模2 2）参数化建模）参数化建模3 33S.Krajnovi(2007,4） Design set to control nose curvatureV.V.Vytla(2011)网格参数化的特点网格参数化的特点? ?数值设计
13、方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状参数化建模参数化建模2 2）参数化建模）参数化建模3 33 3数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状参数化建模参数化建模2 2）参数化建模）参数化建模3 33 3数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状DOE4）DOE3 33nmmnxxfxxfY,.,.,1111sixxyinii, 1:,1 GY smsmxfxfxfxfG111111m1m1isiixxx1YGGG1GGMHyeok-bin KWON(2001)、J.Lee(2008) D-optimal Fewer response valu
14、es ,particular suitable for irregularly shaped design space, depend on unknown parameters.数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状DOE4）DOEV.V.Vytla(2010) Latin Hypercube Sampling Space filling ,but randomness Space filling ,fewer response and determinacy? Faced centered composite design As the number of desig
15、n points increases fast with the number of the design variables 3 33 3KWON、Krajnovi RSM 、SUN ZhenXu Kriging (2008) SVM VS Kriging数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状近似模型近似模型5 5）近似模型）近似模型3 33 3Optimal shape obtained from SVM model Optimal shape obtained from Kriging model Performance comparison between SVM
16、 and Kriging Which one to choose?数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状近似模型近似模型5 5）近似模型）近似模型3 33 3、Hyeok-bin KWO and Bombardier AVL FIRE、Sculptor 数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状典型研究典型研究6 6）典型研究）典型研究3 33 3Yo-Cheon Ku eat al. 数值设计方法数值设计方法四、国内外研究现状四、国内外研究现状典型研究典型研究6 6）典型研究）典型研究3 33 3V.V.Vytla Aerodynamic NoiseA
17、erodynamic drag 数值设计方法数值设计方法四、内外研究现状四、内外研究现状典型研究典型研究6 6）典型研究）典型研究Jongsoo Lee & Junghui Kim目前研究不足之处？目前研究不足之处？3 33 3湍流控制技术湍流控制技术 五、列车外形设计发展趋势五、列车外形设计发展趋势湍流控制湍流控制1) 1) 被动控制技术被动控制技术 3 31 1五、列车外形设计发展趋势五、列车外形设计发展趋势湍流控制湍流控制问题：问题：是不是结构表面越光滑越有利于降低气动阻力？是不是结构表面越光滑越有利于降低气动阻力？湍流控制技术湍流控制技术 五、列车外形设计发展趋势五、列车外形设计发展趋
18、势湍流控制湍流控制2) 2) 主动控制技术主动控制技术 3 31 1五、列车外形设计发展趋势五、列车外形设计发展趋势与极限条件组合与极限条件组合与极限条件组合与极限条件组合 3 32 2五、列车外形五、列车外形设计设计发展趋势发展趋势MDOMultidisciplinary Design Optimization，MDO MDO is a methodology for the design of complex engineer ing systems and subsystems that coherently exploits the syn- -ergism of mutually interacting phenomena. 2) 2) 随机随机MDO 3) 3) 一体化一体化MDO 4) 4) 谱系谱系化化MDO 1)1) MDO 3 33 3Any question or advise?Any question or advise?
