[发明专利]一种列车空气阻力测量的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及轨道交通技术领域，涉及列车运行阻力的测量，尤其涉及一种列车空气阻力测量的方法以及采用这种方法的装置。

背景技术

列车的运行阻力与其动力性及经济性紧密相关，是列车的基础技术参数，运行阻力测试也是机车车辆整车型式试验的重要项目，体系化的试验结果-既有各种型号机车、车辆的运行阻力计算公式在我国持续修订的铁路基础技术规范《列车牵引计算规程》中给出，用于运行图编制、牵引动力配置、操纵优化等。

运行阻力包括基本阻力和附加阻力两大类，基本阻力反映了机车车辆的基本的阻力特性，附加阻力则是在特殊条件如曲线运行下对基本阻力的补充。和大多数国家类似，我国现行《列车牵引计算规程》中，基本阻力用单位重量对应的单位基本阻力来表征，且用一个关于速度的二次方程f＝A+Bv+Cv²表示，其中：v为列车运行速度，A、B、C为由实车运行阻力测试确定的常数。采用单位基本阻力来表征列车阻力特性最大的问题是可扩展性差，由于高速区间空气阻力占总阻力比例的快速增加，质量变化导致的阻力变化显然不能简单地用线性关系表示。

解决该问题的一个较好方法是，采用列车总阻力的形式进行表征且将总阻力公式与物理过程相结合，如德国结合列车小尺寸风洞模拟试验给出的ICE/V阻力公式为：F＝11.4M+(0.025M+17.86ρ)v+(0.17+0.0428N)ρv²，其中F为总阻力(N)，M为列车质量(t)，ρ为空气密度(kg/m3)，N为中间车辆数，v为列车速度(km/h)。

2006年以来，我国铁路通过引进吸收再创新的模式，推出了一系列CRH高速动车组(CRH1、CRH2、CRH5、CRH2C、CRH3、CRH380A、CRH380B等)，速度等级达到380km/h。这些动车组均进行了实车的运行阻力测试，部分车型还进行了全面的风洞试验，但未能提出较为合理的阻力公式。其原因一方面是风洞试验与实际情况有差距，更重要的是在实车运行阻力测试中列车空气阻力与列车其它阻力是紧密耦合的，目前还没用途径以及可借鉴的方法在实车运行阻力测试中有效分离空气阻力。

这样，解决实车列车空气阻力的测量问题，实现列车空气阻力与列车其它阻力的解耦，将为中、高速旅客列车运行阻力公式的完善、列车节能设计的评估、高速列车动力配置以及列车空气动力学的基础研究等提供有效手段，具有重要工程意义。

发明内容

基于上述现有技术的问题，本发明的发明目的在于提供一种列车空气阻力测量的方法和以及采用这种方法的装置，用以在列车实车阻力测试中有效分离列车空气阻力与列车其它阻力。

一方面，本发明提供了一种列车空气阻力测量的方法，依据列车总阻力中列车空气阻力与列车质量基本无关以及其它阻力与列车质量成正比的特性，根据至少两个不同载重状态下列车惰行阻力测试以及列车总阻力的联合分析，测量列车空气阻力，该方法包括：

a.在至少两种列车载重状态下，分别进行列车惰行阻力测试，得到同步的时间、速度、里程数据；列车总质量以及旋转部件的总附加质量，列车总质量与总附加质量相加得到列车等效质量；

b.由上步得到的不同载重状态下的时间、速度、里程、列车质量、列车等效质量数据，得到不同载重状态下列车单位等效质量阻力随速度变化曲线；

c.不同载重状态下列车单位等效质量阻力随速度变化曲线乘以相应列车等效质量，得到不同载重状态下列车总阻力随速度变化曲线；

d.根据上述步骤获得不同载重状态下列车总阻力随速度变化曲线，得到列车空气阻力随速度变化曲线。

进一步地，所述列车载重状态一般包括空载状态与额定满载状态，可以包括其他介于空载状态与最大载荷状态之间的载重状态。

根据列车总阻力中列车空气阻力与列车质量基本无关以及其它阻力与列车质量成正比的特性，获得所述列车空气阻力，该列车空气阻力随速度变化曲线具有过零点且单调递增的特性。

另一方面，列车空气阻力随速度变化曲线具有的过零点且单调递增特性的可以在步骤b中通过不同载重状态下列车单位等效质量阻力随速度变化曲线的联立求解实现。

列车空气阻力随速度变化曲线具有的过零点且单调递增特性也可以在步骤d中通过曲线拟合实现。

在所述步骤a中需要得到旋转部件的总附加质量，旋转部件的附加质量m_rI表示为其中：J_i为该部件的转动惯量，N_I为该旋转部件相对轮对转动的传动比，R_I为对应的车轮半径。