Определение аэродинамического сопротивления грузовых поездов с инновационными вагонами увеличенной грузоподъёмности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.22.07, кандидат наук Поляков Борис Олегович

• Поляков Борис Олегович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Поляков Борис Олегович

Введение

1 Обзор исследований и постановка задач

1.1 Общие положения по аэродинамическому сопротивлению поезда

1.2 Краткий обзор методов определения сопротивления движению поезда и аэродинамических сил, действующих на подвижной состав

1.3 Постановка задач исследования

2 Разработка расчётной модели поезда для определения аэродинамического сопротивления при движении

2.1 Численное моделирование текучей среды с помощью САПР

2.2 Объекты моделирования и исходные данные

2.3 Расчётная схема и принятые допущения

3 Результаты расчёта аэродинамического сопротивления

3.1 Результаты расчётов по этапу 1: модель, состоящая из локомотива

3.2 Результаты расчётов по этапу 2: модели, состоящие из локомотива и

полувагонов мод. 12-132 и

3.1 Результаты расчётов по этапу 3: модели, состоящие из локомотива и полувагонов мод. 12-9548-02 и

4 Расчёт аэродинамического сопротивления с помощью расчётно-эмпирического метода

5 Анализ результатов расчёта и сравнение с экспериментальными данными

6 Заключение

Список литературы

111

Введение

Актуальность темы исследования.

В настоящее время в России ведётся активная разработка и строительство подвижного состава нового поколения для железных дорог. Одной из основных задач при разработке инновационной железнодорожной техники является повышение экономичности.

Известно, что сопротивление движению является тем фактором, который влияет на экономические показатели. Учёт величины сопротивления движению позволяет эффективно использовать энергетические ресурсы при транспортировании грузов и пассажиров.

В подавляющем большинстве работ, посвящённых сопротивлению движения поездов, основное внимание уделяется уточнению общей методики расчёта, изучению процессов рассеяния энергии в окружающую среду и потерях энергии в подшипниках, меньшее внимание уделяется изучению аэродинамического сопротивления, особенно для грузовых составов.

Таким образом тема настоящей диссертационной работы, посвященной определение аэродинамического сопротивления грузовых поездов с инновационными вагонами увеличенной грузоподъёмности, является актуальной.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Определение аэродинамического сопротивления грузовых поездов с инновационными вагонами увеличенной грузоподъёмности»

Цель работы.

Целью работы является разработка методики определения аэродинамического сопротивления грузового поезда с составом из традиционных и инновационных полувагонов на цифровых моделях.

Для достижения цели решались следующие задачи:

- разработка твердотельных моделей локомотива, полувагонов различных конструкций и участка пути с балластной призмой;

- разработка расчётных моделей, включающих поезд с составом из полувагонов, установленный на участок пути, и окружающую воздушную среду с заданными параметрами;

- проведение расчётов по разработанным моделям с варьированием входных параметров: скорости, количества вагонов, моделей полувагонов и уровня заполненности кузовов грузом;

- разработка расчётно-эмпирического метода для определения сопротивления поезда по вычисленным значениям сопротивления отдельных вагонов;

- сравнение результатов моделирования с данными, полученными в ходе экспериментов.

Научная новизна.

1. Разработана методика определения аэродинамической составляющей основного сопротивления движению грузового подвижного состава, отличающаяся использованием зависимостей аэродинамического сопротивления, полученных в результате численного моделирования на цифровых моделях вагонов.

2. Доказана возможность экстраполяции результатов, полученных на цифровых моделях поездов, включающих пять вагонов. Предложена математическая модель определения основного сопротивления движению поезда любой длины, степени заполненности кузовов и скорости движения.

3. Разработаны уточнённые модели поездов, отличающиеся учётом особенностей конструктивного исполнения единиц подвижного состава и степени их загруженности.

4. Предложена классификационная модель аэродинамического сопротивления различных частей подвижного состава, впервые определен их вклад в общее сопротивление движению.

Практическая значимость работы.

1. Применение предложенных цифровых моделей позволяет оценивать влияние различных технических решений кузовов вагонов на величину аэродинамической составляющей основного сопротивления движению, а также разрабатывать технические решения по снижению сопротивления движению и выносить рекомендации по формированию состава.

2. Разработанный расчётно-эмпирический метод позволяет более эффективно определять затраты на тягу поездов с учетом аэродинамической составляющей основного сопротивления движению для поезда в составе из полувагонов различного количества, особенностей конструктивного исполнения и уровня заполненности кузова.

Методология и методы исследования.

Исследование аэродинамического сопротивления поезда с грузовыми полувагонами с различным уровнем заполнения кузова проводилось методом математического моделирования с использованием программных комплексов «SOLIDWORKS Flow Simulation» и «ANSYS Fluent» с помощью численного интегрирования уравнений Навье-Стокса для сжимаемой среды, реализуемого в методе конечно-объёмного анализа.

Положения, выносимые на защиту.

1. Методика создания расчётных моделей для определения аэродинамической части основного сопротивления движению исследуемых вагонов, включающая создание твердотельных моделей, формирование расчётной области - возмущённой воздушной среды вокруг вагонов, локомотива и верхнего строения пути.

2. Расчётно-эмпирический метод определения аэродинамической составляющей основного сопротивления движению, разработанный на основе выявленных в результате расчётов зависимостей сопротивления движения от количества вагонов в составе, скорости движения, уровня наполненности кузова и конструктивных особенностей.

3. Результаты численного эксперимента по определению аэродинамического сопротивления для типового полувагона с осевой нагрузкой 23,5 тс, а также для инновационных полувагонов увеличенной грузоподъёмности при различных варьируемых параметрах: скорости движения, количестве вагонов в составе, уровне наполненности кузова и моделях вагонов.

4. Сравнение результатов расчёта аэродинамической части основного сопротивления движению расчётно-эмпирическим методом с данными эксперимента и результатами аналитических расчётов.

Степень достоверности и апробаций результатов.

Достоверность результатов моделирования аэродинамического сопротивления поезда с полувагонами подтверждается результатами экспериментов. Установлена сходимость результатов расчётов с данными экспериментов (расхождение в пределах 12%), а также с результатами аналитических расчётов (расхождение в пределах 9%) аэродинамического сопротивления грузового подвижного состава.

Основные положения работы докладывались и обсуждались на XII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», 2018 год (ПГУПС, Санкт-Петербург); на XIII Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», 2019 год (ПГУПС, Санкт-Петербург); на 26th International Symposium on Dynamics of Vehicles on Road and Tracks, 2019 год Chalmers University of Technology, Гётеборг, Швеция), на XV Международной научно-технической конференции «Подвижной состав XXI века: идеи, требования, проекты», 2021 год (ПГУПС, Санкт-Петербург).

1 Обзор исследований и постановка задач

1.1 Общие положения по аэродинамическому сопротивлению поезда

Аэродинамика - наука, изучающая законы движения газов (воздуха) и законы взаимодействия между воздушной средой и движущимся в этой среде твердым телом.

Аэродинамика как наука разделяется на теоретическую, экспериментальную и прикладную [1]. Теоретическая аэродинамика занимается общими закономерностями движения газовых потоков и их влияний на твердые тела, базируется на достижениях математики, теоретической механики и экспериментальной аэродинамики. Экспериментальная аэродинамика изучает особенности движения воздушных масс и их силового воздействия на твердые тела посредством эксперимента. Прикладная аэродинамика направлена на разработку методов аэродинамических расчетов.

Основоположниками аэродинамики в мире являются члены Российской Академии наук Леонард Эйлер (1707-1783 гг.) и Даниил Бернулли (1700-1782 гг.). В своем знаменитом труде «Общие принципы движения жидкостей» Л. Эйлер вывел основные дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости. Д. Бернулли разработал одно из важнейших уравнений гидроаэродинамики, дающее простое объяснение образования подъемной силы.

Другим выдающимся русским ученым был Н. Е. Жуковский. Основными результатами его работ в области теоретической аэродинамики считаются: теорема о подъемной силе; гипотеза Жуковского-Чаплыгина об определении циркуляции; метод округления Жуковского и открытие трех серий теоретических профилей; строгая математическая оценка влияния толщины и изогнутости профиля на величину его подъемной силы; разработка вихревой теории воздушного винта.

Аэродинамикой подвижного состава занимались такие ученые как Абрамович Г. Н. [2], Астахов П. Н. [3], Челноков И. И. [4], Сюзюмова Е. М., Романенко Г. А. [5], и др.

Большой вклад в развитие аэродинамики был сделан зарубежными исследователями Отто Лилиенталем, Л. Прандтлем, Г. Глауэром, О. Рейнольдсом и др.

Аэродинамика подвижного состава представляет собой сложный, не до конца изученный раздел классической аэродинамики ввиду осуществления движения вблизи экрана (земли), железнодорожной инфраструктуры и других железнодорожных единиц.

Поезд, как объект аэродинамического исследования, рассматривается в виде тонкого тела большого удлинения, плохообтекаемое с дозвуковыми скоростями и характеризуется только внешней аэродинамикой [6]. Аэродинамика поезда определяется его скоростью движения, составом [6, 7], длиной, обтекаемостью вагонов и локомотивов, уровнем загрузки [9] и видом груза (сыпучие, навалочные грузы имеют шероховатую поверхность, которая влияет на воздушный поток по верхней поверхности, кроме того пустые полувагоны в составе поезда вызывают завихрения воздушного потока, увеличивая аэродинамическое сопротивление движению) [7, 8].

Поле воздушного потока, которое генерируется вокруг движущегося поезда, представляет собой сложную структуру ввиду движения состава вдоль земли [7]. Так же движение сопровождается физическим явлением формирования воздушной волны от обтекателя локомотива. При вытеснении и уплотнении перед поездом воздушной среды изменяется ее плотность и давление [10]. Образование потоков в области ходовых частей, подвагонного оборудования и межвагонных промежутков характеризуется турбулентными возмущениями. При соприкосновении воздушного потока со стенками кузовов возникает явление поверхностного трения, которое может оказывать существенное влияние на сопротивление движению в зависимости от длины состава. За последним вагоном состава образуются турбулентные вихри и области низкого давления [11, 7].

Таким образом, при моделировании обтекания воздушным потоком подвижного состава требуется учитывать факторы, влияющие на аэродинамическое сопротивление, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема факторов, влияющих на аэродинамическое сопротивление

подвижного состава

1.2 Краткий обзор методов определения сопротивления движению поезда и аэродинамических сил, действующих на подвижной состав

Основное сопротивление движению.

На железнодорожном транспорте в России принята следующая классификация сопротивления движению поезда [12, 3]:

- сопротивление при трогании с места;

- основное сопротивление;

- дополнительное сопротивление.

Основное сопротивление движению действует постоянно. К нему относятся: сопротивление трения в подшипниках, сопротивление перекатыванию и скольжению колес по рельсам, сопротивление рассеяния энергии в окружающую среду, аэродинамическое сопротивление.

Дополнительное сопротивление возникает в некоторых случаях. К нему относятся сопротивление, возникающее при наличии специального оборудования на вагонах (подвагонные генераторы), а также сопротивления при движении по определенным участкам пути (подъемы, кривые, и т.д) и в определенных погодных условиях (температура воздуха, ветер).

На железных дорогах США и Европы принято разделять полное сопротивление движению поезда на 4 категории [13]:

- механическое сопротивление, которое характеризуется диссипацией энергии в составе, пути и в области контакта колесо-рельс;

- сопротивление от движения в кривой;

- аэродинамическое сопротивление;

- сопротивление при движении по уклону;

- инерционное сопротивление.

Общий вид уравнения основного удельного сопротивления движению в России представляется в виде трехчленной квадратичной параболы [12, 3]

т = а + ьу + су2, (1)

где а,Ь,с - эмпирические коэффициенты, зависящие от типа подвижного состава, пути и других параметров; у - скорость движения.

Формулы для расчетов, представленные [12], содержат различные неточности [14-17], это связано с тем, что они определены эмпирическим путем в середине прошлого века. Так же этот документ не раскрывает вопрос о величине вклада аэродинамического сопротивления в общую величину основного сопротивления движению.

В Европе и Америке общий вид уравнения сопротивления движению имеет аналогичный вид [13, 18-22]

Я=А + ВУ + СУ2, (2)

где Я - полная сила сопротивления; А - механическое сопротивление, зависящее от массы вагона и количества осей; В - коэффициент, преимущественно зависящий от взаимодействия в зоне колесо-рельс; С - коэффициент, зависящий от аэродинамического сопротивления; V - скорость движения, км/ч.

Параметры А, В и С могут быть выражены следующими функциями [21]:

й (3) т '

А = Л^М■ Ч

В = 0,01 М; (4)

С = ^ • 5 + к2^р • I, (5)

где М - полная масса поезда, т; т - масса на ось, т; Л - параметр, зависящий от типа подвижного состава; - коэффициент, зависящий от формы передней или хвостовой части поезда; 5 - фронтальная площадь поперечного сечения, м2; к2 -параметр, зависящий от поверхности р1; р, I - геометрические параметры, м.

На американских железных дорогах для оценки сопротивления движению используется модифицированное уравнение Дэвиса [22]

г =Ка

89.2 1.741кайУ2 2.943 +-+ 0.0306К +

та тап

(6)

где Ка - коэффициент, зависящий от типа подвижного состава; т - нагрузка на ось, т; кай - коэффициент аэродинамического сопротивления, зависящий от типа вагона; п - число осей в поезде; V- скорость поезда, км/ч.

Во Франции уравнения сопротивления движению для различного типа подвижного состава и отдельных его единиц имеют следующий вид:

г =0.65тап + 13п + 0.01тапУ+ 0.03У2; (7)

9.81(1.25+К2/6300); (8)

9.81(1.5+К2/(2000...2400)); (9)

9.81(1.25+К2/1600); (10)

9.81(1.25+К2/4000), (11)

где та - масса поезда, т; п - число осей в поезде; V- скорость поезда, км/ч.

Уравнение (7) относится к французскому грузовому локомотиву, (8) - к французским транспортным средствам международного союза железных дорог, (9) - к грузовому экспресс-составу, (10) и (11) - к поездам с 10-тонной и 18-тонной нагрузкой на ось соответственно.

На железных дорогах Германии для определения удельного сопротивления движению грузовых поездов применяют формулу Штраля [21], имеющую вид

где к - коэффициент, принимаемый 0,5 для смешанных грузовых поездов и 0,25 - для блочных; V- скорость поезда, км/ч; АУ - ветровая скорость (обычно принимается 15 км/ч).

Представленные зарубежные формулы также как и отечественные не учитывают многие факторы, оказывающие влияние на сопротивление движению, например, отсутствует информация о трении в области пятника-подпятника, сопротивлении в зоне колесо-рельс и т.д. [22].

Экспериментальные методы определения основного сопротивления движению поезда

Основное сопротивление движению поезда может определяться двумя экспериментальными методами: динамометрическим и скатывания.

Динамометрический метод имеет широкое применение и используется для оценки экономической эффективности эксплуатации грузовых инновационных вагонов [23]. Такой метод основан на непрерывной регистрации силы тяги в автосцепке при движении поезда в диапазоне скоростей по заданному участку пути. Этот метод прост в реализации и обработке результатов. Однако недостатком такого метода является невозможность определить составные части основного сопротивления движению. При этом устройство для регистрации сил тяги располагается после локомотива и не может учитывать влияние сил сопротивления при образовании головной воздушной волны и обтекании воздухом локомотива и его составных частей.

(12)

Метод скатывания получил распространение при определении основного сопротивления для самоходных рельсовых единиц, таких как локомотивы, электропоезда и т.д. Метод подразумевает свободное скатывание предварительно разогнанного подвижного состава по выбранному уклону. На основании замеренного ускорения при движении определяется основное сопротивление движению. Этот метод так же не может оценить вклад аэродинамического сопротивления в общее сопротивление движению.

Аналитические методы определения аэродинамического сопротивления подвижного состава

Первая попытка в нашей стране описать полное аэродинамическое сопротивление поезда принадлежит проф. Г.Н. Абрамовичу [2]. Автор работы предложил представить полное аэродинамическое сопротивление в виде суммы воздушного сопротивления локомотива, вагонов и кормового сопротивления от последнего вагона. При определении воздушного сопротивления от вагонов учитывались: трение о стенки кузова и их выступающие части, трение воздуха о воздух (в междувагонном промежутке), лобовое сопротивление подвагонных устройств. Формула для определения полного аэродинамического сопротивления представлялась в виде

К = Кл + тКв + Ккс =

ру2

= [слПл + (1,4с/5в + се5е + са5а)т + 0ДЛв] —,

где Кл - аэродинамическое сопротивление локомотива, кгс; Кв - аэродинамическое сопротивление вагона, кгс; т - количество вагонов в составе; Ккс- кормовое сопротивление последнего вагона, кгс; сл-коэффициент аэродинамического сопротивления локомотива; Цл,^в - мидель локомотива и вагона, м2; су- - коэффициент трения воздуха о стенки кузова вагона; 5в - площадь боковых стен и крыши вагона, м2; 1,4- эмпирический коэффициент, учитывающий что крыша и стенки вагонов с выступающими частями дают на 35-40% более

(13)

высокое сопротивление по сравнению с относительно гладкими стенками кузова; се - коэффициент трения воздуха о воздух (в междувагонном промежутке); Бе -поверхность трения в междувагонном промежутке, м2; са- среднее значение коэффициента лобового сопротивления подвагонных устройств; - суммарное значение миделевой площади подвагонных устройств, м2; р-плотность воздуха, км/м3; V - скорость, км/ч.

Однако этот способ не нашел широкого практического применения из-за отсутствия большого количества исходных данных.

Для уточнения полного аэродинамического сопротивления в 50х-60х годах

прошлого века проводились опыты [24-26] по обдувке масштабных и натурных

моделей в аэродинамических трубах. На основе этих опытов были получены

безразмерные коэффициенты сопротивления воздушной среды для некоторых

типов вагонов и локомотивов. Таким образом, автором работы [3] было

предложено определять полное аэродинамическое сопротивление одиночно

следующей рельсовой единицы по формуле

2

К = сУ-^- (М)

где сх- безразмерный коэффициент сопротивления воздушной среды; П-площадь поперечного сечения (мидель) подвижного состава в м2; р - плотность воздушной среды, кгс/м3; V - скорость движения состава м/с.

Так же автор работы [3], основываясь на собственных опытах и опытах других исследователей, представил полное сопротивление одиночно следующей рельсовой единицы в виде суммы лобового и кормового сопротивлений и сопротивления от поверхностного трения воздуха о кузов. Для определения междувагонного аэродинамического сопротивления предложено использовать формулу аналогичную (14), имеющую отличие в том, что вместо безразмерного коэффициента Сх необходимо использовать безразмерный коэффициент Ст сопротивления междувагонного промежутка, определяемый опытным способом.

С началом развития высокоскоростного подвижного состава в 60х-70х годах продолжились работы по изучению аэродинамического сопротивления поездов.

Авторами работы [5] было предложено при определении полного коэффициента аэродинамического сопротивления поезда учитывать аэродинамическое сопротивление отдельных элементов: крыши, боковой поверхности, донной поверхности, междувагонных промежутков, подвагонного пространства (где есть относительное движение воздуха), колес, головной и хвостовой частей и надстроек.

Коэффициент аэродинамического сопротивления крыши и боковых стен определялся с использованием полуэмперической теории переноса количества движения и вихрей, разработанной Прандтлем [27]. Однако стоит отметить, что работа [5] направлена на исследование аэродинамики высокоскоростного поезда, который значительно отличается формой и конфигурацией боковых стен и крыши в сравнении с грузовыми вагонами.

Для определения коэффициента аэродинамического сопротивления донной поверхности, которая отличается сложной конфигурацией из-за наличия различных выступов, использовался логарифмический закон распределения скоростей для пластин с равномерной шероховатостью, предложенный Прандтлем-Шлихтингом [28].

Коэффициент аэродинамического сопротивления междувагонных промежутков определялся по опытным данным Викхарда [28].

Для оценки аэродинамического сопротивления, которое вызывается вращением колес, использовалась теория турбулентного течения для вращающегося диска, предложенная Карманом [28].

Так же в работе [5] отмечается, что общее сопротивление движение от одного и того же вагона зависит от места его расположения в составе поезда.

Согласно европейским стандартам [29] полное аэродинамическое сопротивление поезда представляется в виде суммы нормальных сил к поверхностям поезда (известно как сопротивление давлению; лобовое сопротивление) и касательных сил (известно как сопротивление трению; поверхностное трение; вязкое трение). Сопротивление давлению вызвано перепадом давления между носовой и хвостовой частью состава. Сопротивление трению складывается из поперечных (сдвиг) сил, действующих вдоль поверхности

поезда, что обусловлено градиентом скорости воздуха в пограничном слое вокруг состава [30]. Получить аэродинамическую составляющую возможно с помощью выражения коэффициента С из уравнения (2) [30]:

1 — ,л

С = -р5(Сйр+ -/), (15)

где - коэффициент сопротивления давлению; - - коэффициент трения; й - гидравлический диаметр поезда; I - длина состава.

Коэффициенты уравнения (2) получают с помощью натурных или лабораторных испытаний (механическую составляющую сопротивления возможно получить при использовании специальных стендов, аэродинамическую - при использовании аэродинамической трубы).

Экспериментальные методы определения аэродинамического сопротивления подвижного состава

При экспериментальном методе определения аэродинамического сопротивления используются трубы для обдува масштабных моделей или проводятся натурные испытания.

Натурные испытания представляют собой испытания подвижного состава в реальных условиях, они позволяют выдержать полное динамическое подобие, получить значения аэродинамических нагрузок и проверить теоретические выводы. Основным недостатком данного метода является невозможность выявления взаимного влияния отдельных элементов и повторить испытания в одинаковых условиях с необходимой скоростью [6]. Аэродинамические натурные испытания являются более дорогостоящими по сравнению с лабораторными (с применением аэродинамической трубы) или численным моделированием.

Лабораторный метод заключается в продувке масштабной модели испытуемого объекта на стендах аэродинамической трубы. Метод основывается на принципе обратимости движения и теории подобия физических явлений. Принципы обратимости движения сформулирован на основе принципа относительности классической механики и заключается в том, что на неподвижное

тело равносильно воздействию неподвижного потока на движущееся в нем тело. Для получения достоверной информации относительно аэродинамических параметров, определяемых в аэродинамической трубе, масштабная модель должна быть геометрически и кинематически подобна натуре, а условия внутри аэродинамической трубы должны удовлетворять динамическим критериям подобия: числу Рейнольдса (характеризующее отношение сил инерции к силам вязкости), числу Струхаля (характеризующее инерционные гидродинамические силы, возникающие при нестационарном движении) и числу Коши (выражающее отношение кинетической энергии к энергии сжатия среды.) Одновременно обеспечить одинаковые числа вызывает ряд затруднений, вследствие этого используют приемы, учитывающие различные факторы, применимые для конкретной задачи, например, повышают турбулентность потока в трубах, регулируют давление и другие параметры [31].

Стенды аэродинамической трубы бывают двух видов: трубы с замкнутым потоком и незамкнутым [11]. Также существует разделение относительно скоростей потока внутри трубы: дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые. Объектами испытаний чаще всего являются масштабные модели, однако, возможно исследование и натурных объектов в зависимости от габаритов использующейся аэродинамической трубы.

При использовании аэродинамической трубы возможно определить поля скоростей потока, скоростной напор, статическое давление на стенках опытной модели, аэродинамические коэффициенты и т. д.

На практике аэродинамические коэффициенты тел определяются с помощью взвешивания на аэродинамических весах или использования тензометрических моделей, также применяются датчики измерения скорости ветра в трех направлениях, интенсивности турбулентности.

Численные методы определения основного сопротивления и аэродинамического сопротивления движению поезда

В мире существует множество автоматизированных программных комплексов для проведения динамических расчетов подвижного состава, в том числе решающих задачи по определению сопротивления движению, например, такие как SIMPACK [32], NUCARS [33], ADAMS [34], Универсальный механизм [35], Gensys [36], MEDYNA [37] и др.

В представленных программах применяется подход многотельного моделирования, заключающегося в моделировании механической системы в виде множества жестких или упругих тел и силовых элементов.

Задачи, связанные с моделированием динамики, можно решать с учетом аэродинамических сил. Например, в работе [38] описан анализ динамики транспортного средства, с учетом аэродинамического сопротивления, с применением одного из модулей программного комплекса ADAMS.

Для определения аэродинамических сил, действующих на подвижной состав, наиболее перспективным направлением является проведение численных экспериментов с использованием программных комплексов, основанных на методах вычислительной гидрогазодинамики, таких как ANSYS модуль CFX, ANSYS модуль Fluent; SolidWorks модуль Flow Simulation; Autodesk Simulation CFD, AERO и др.

Проведение численного эксперимента заключается в разработке твердотельной модели испытуемого объекта, определении вычислительной области, которая разделяется на ячейки, где моделируется поток, и решении системы нелинейных уравнений Навье-Стокса с учетом вязкости жидкости и условия неразрывности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Поляков Борис Олегович, 2022 год

Список литературы

1 О Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года: Распоряжение Правительства РФ от 17.06.2008 №2 877-р // Собрание законодательства Российской Федерации, - 2008, - № 50, - Ст. 5977.

2 Абрамович, Г. Н. К расчету воздушного сопротивления поезда на открытой трассе и в тоннеле [Текст] / Г. Н. Абрамовиччеп // Труды ЦАГИ, вып. 400. Изд. ЦАГИ, 1939.

3 Астахов П. Н. Сопротивление движению железнодорожного подвижного состава [Текст] / П. Н. Астахов. - М.: Транспорт, 1966. - 176 с.

4 Аэродинамика экипажей высокоскоростного наземного транспорта. Выбор формы макетного образца односекционного экипажа ВСНТ с ЭМП, массой 40 т, скоростью 500 км/ч по минимальному аэродинамическому сопротивлению: отчет о НИР (промежуточ.): Ленинградский ордена Ленина институт инженеров железнодорожного транспорта; рук. И. И. Челноков, исполн.: Г. В. Левков и [др.]. - Ленинград.-1978 г.- 165 с. -№ ГР 78013765.

5 Сюзюмова, Е. М. Оценка количественных и качественных характеристик воздушного сопротивления скоростного поезда [Текст] / Е. М. Сюзюмова, Г. А. Романенко // Вестник ВНИИЖТа. - 1978. -№6.-с 31-34.

6 Чурков, Н. А. Аэродинамика железнодорожного поезда [Текст] / Н. А. Чурков. -М.: Желдориздат, 2007. - 332 с.

7 Kinghorn, P. D. Aerodynamic Drag On Intermodal Rail Cars [Текст] / Philip Donovan Kinghorn // BYU ScholarsArchive. - 2017. - 45 p.], [Soper, D. The aerodynamics of a container freight train / David Soper // University of Birmingham Research Archive. -2014. -371 p.

8 Soper, D. The aerodynamics of a container freight train / David Soper // University of Birmingham Research Archive. -2014. -371 p.

9 Adams, A., Burr, J., Campbell, M., Jones, A., Peterson, E., Spear, M.,Wells, K., and Maynes, D., 2011. Aerodynamic coal car covers capstone report Tech. rep., Brigham Young University, 5. 5

10 Лазаренко, Ю. М. Аэродинамическое воздействие высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на пассажиров на платформах и на встречные поезда при скрещении [Текст] / Ю. М. Лазаренко, А. Н. Капускин // Вестник научно-исследовательского института железнодорожного транспорта. - 2012. - №4. - 1114 с.

11 Кулекина, А. В. Исследование аэродинамических характеристик подвижного состава электрического транспорта [Текст] / А. В. Кулекина, В. В. Бирюков// Вестник Иркутского государственного технического университета. -2014. - №3. - 5 с.

12 Гребенюк П. Т. и др. Правила тяговых расчетов для поездной работы. -М.: Транспорт, 1985. 287 с.

13 Lukaszewicz, P. Energy Consumption and running time for trains Modelling of running resistance and driver behaviour based on full scale testing: doctoral thesis / Piotr Lukaszewicz. - Stockholm, 2001. - 163 p.

14 Бороненко, Ю. П. Влияние колебаний вагонов на энергозатраты и тягу поезда [Текст] / Ю. П. Бороненко, А. Н. Комарова, Ю. С. Ромен // Бюллетень результатов научных исследований. - 2016. - 18-28 с.

15 Климович, А. В. Методика определения сопротивления движению поезда по данным электронного регистратора параметров движения [Текст] / А. В. Климович, А. А. Кообар, А. С. Лендясов // Известия Транссиба. - №3. -2010. - с. 15-23.

16 Мугинштейн, Л. А. О нормировании и анализе расхода топливно-энергетических ресурсов в депо [Текст] / Л. А. Мугинштейн, А. В. Лохач // Локомотив. 2002. - №3. - С. 35 - 37.

17 Кравчук, В. В. Причины обрыва автосцепных приборов [Текст] / В. В.Кравчук, Ю. В. Никулин, А. К. Пляскин // Транспорт Российской Федерации. -№ 3. - 2010. - с. 56 - 57.

18 W. J. Davis Jr., "Tractive resistance of electric locomotives and cars," General Electric Review, vol. 29, pp. 685-708, 1926.

19 Harding W., On the resistances to railway trains at different velocities, Exerpt Minutes of proceedings of the Institiution of Civil Engineers, London, 1846.

20 Schmidt, E.C., 1910. Freight Train Resistance. Its Relation to Car Weight. Vol. 43 of Engineering Experiment Station Illinois University, Urbana, Illinois.

21 Profillidis, V. A. Railway Management and Engineering: Fourth edition / Vassilios A. Profillidis - 2016. - 384 p

22 Iwnicki S., Handbook of railway vehicle dynamics / Simon Iwnicki. - Tailor &Francis Group. - 2006. - 535 p.

23 Об утверждении Методики оценки экономической эффективности эксплуатации грузовых инновационных вагонов на железнодорожной инфраструктуре российских железных дорог [электронный ресурс]: приказ Минтранса России от 23.10.2017 № 457. - Режим доступа: www.pravo.gov.ru, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус. Бабичков, А. М. Проблемы тяги при скоростном движении на железных дорогах [Текст] / А. М. Бабичков.-Трансжелдориздат, 1937.

24 Бабичков, А. М. Проблемы тяги при скоростном движении на железных дорогах [Текст] / А. М. Бабичков.- Трансжелдориздат, 1937.

25 Бабичков, А. М. Тяга поездов [Текст] / А. М. Бабичков, В. Ф. Егорченко.-Трансжелдориздат, 1947.

26 Ткаченко, Я. Е. Наивыгоднейшая аэродинамическая форма тепловоза [Текст] / Я. Е. Ткаченко, Г. И. Андренко, А. К. Шапошникова// «Вестник всесоюзн. Научно-исследов. Ин-та д.-д. транспорта» №6, 1964 г.

27 Prandtl L. Schlichting H. Das Widerstandsgesetz rauher Platten, Werf, Reederei, Hafen I, 1934, 81 s.

28 Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя [Текст]. - пер. с нем. М., «Иностранная литература», 1956 г., 528 с.

29 CSN EN 14067-1 Railway applications - Aerodynamics - Part 1 : Symbols and units. - European committee for standardization. - 2003.

30 Paul Derkowski High-speed Rail Aerodynamic Assessment and Mitigation Report: technical report / Transportation Technology Center, Inc; Paul Derkowski (Arup),

Steve Clark (Arup), Richard Sturt (Arup), Alexander Keylin (TTCI), Chris Baker (Birmingham University), Alan Vardy (Dundee Tunnel Research), Nicholas Wilson (TTCI). Washington, 2015. 258 p. D0T/FRA/0RD-15/40.

31 Казакевич М. И. Аэродинамика мостов [Текст] / М. И. Казакевич. -М.: Транспорт, 1987. - 240 с.

32 Simulia Simpack [электронный ресурс]. — Режим доступа:, http://www.simpack.com/ свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ., франц..

33 NUCARS [электронный ресурс]. -Transportation Technology Center Inc Pueblo. - Colorado USA, 2017. — Режим доступа: http://www.aar.com/nucars/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

34 ADAMS the multibody dynamics simulation solution [электронный ресурс]. - MSC Software Corporation, 2018— Режим доступа: http://www.mscsoftware.com/product/adams, свободный. — Загл. с экрана.

35 Универсальный механизм [электронный ресурс]. / под ред. Погорелова Д. Ю. и др. - Лаборатория вычислительной механики. - Режим доступа: http://www.umlab.ru/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус., англ., нем., кор., кит.

36 GENSYS [электронный ресурс]. - Sweden. - Режим доступа: http://www.gensys.se/, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

37 Schiehlen W. O. Multibody Systems Handbook / dr.-Ing. Werner O. Schiehlen. - Springer-Verlag, Berlin. - 1990. - 205 p.

38 Деев, О. И. Методы расширения функциональных возможностей автомобиля при помощи КЭУ под контролем логики управления прогностического типа: дис. на соиск. учен. степ. канд. тех. Наук (05.05.03) / Олег Игоревич Деев.-Москва, 2015. - 169 с.

39 Mohammad, A. R. Numerical calculations of aerodynamic performance for ATM train at crosswind conditions [Текст] / Ali Rezvani Mohammad, Masoud Mohebbi // Wind and Structures. - 2014. - vol. 18. - p. 529-548.

40 Снегирев, А. Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений: учеб. Пособие [Текст] / А. Ю. Снегирев. - СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2009. - 143 с.

41 Волков, К. Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений [Текст] / К. Н. Волков, В. Н. Емельянов - М.: Физматлит, 2008. - 368 с.

42 Выбор подхода к определению турбулентной скорости распространения пламени в цилиндре газового двигателя [Текст] / Ф. И. Абрамчук, А. Н. Кабанов, Г. В. Майстренко и др. // Вестник национального технического университета «ХПИ». - 2009. - № 47. - С. 112 - 126.

43 Гарбарук, А. В. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учебное пособие [Текст] / А. В. Гарбарук, М. Х. Стрелец, М. Л. Шур. -СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. - 88 с.

44 Kimmel, S. J. Large eddy simulations of Rayleigh-Benard convection using subgrid scale estimation model [Текст] / S. J. Kimmel, А. Domaradzki // Phys. Fluids. -2000. - Vol. 12(1). - P. 169 - 184.

45 Кривовичев, Г. В. О расчете течений вязкой жидкости методом решеточных уравнений Больцмана [Текст] / Г. В. Кривовичев // Компьютерные исследования и моделирование, - 2013 Т. 5 № 2 С. 165-178.

46 Чепурко, А. Е. Повышение качества токосъема при высоких скоростях движения путем обеспечения рациональной аэродинамической характеристики токоприемника электроподвижного состава: дис. На соиск. Учен. Степ. Канд. Тех. наук (05.22.07) / Алексей Евгеньевич Чепурко. - Омск, 2015.-150 с.

47 Белов, И. А. Моделирование турбулентных течений: учеб. Пос. / И. А. Белов, С. А. Исаев. - Балт. гос. техн. ун-т. СПб., 2001. 108 с.

48 Menter F. R. "Zonal two-equation k-ю turbulence models for aerodynamic flows", AIAA-Paper 1993-2906.

49 Дубинский, С. И. Численное моделирование аэродинамики высокоскоростного и магнито-левитационного транспорта / И. С. Дубинский // Бюллетень ОУС ОАО «РЖД». - № 4. - 2016. - с. 34-44.

50 Ковеня, В. М. Методы конечных разностей и конечных объемов для решения задач математической физики: учеб. пос. / В. М. Ковеня, Д. В. Чирков. -Новосиб. гос. ун-т. Новосибирск., 2013. 87 с.

51 Fluent Inc. Fluent 6.2 UDF Manual. - Fluent Inc. - 2005. - 598 p.

52 Проведение испытаний и получение исходных для расчета экономического эффекта от эксплуатации грузовых инновационных вагонов модели 12-9548-01 с осевой нагрузкой 27 т в соответствии с «Методикой оценки экономической эффективности грузовых инновационных вагонов на железной инфраструктуре российских железных дорог», утвержденной Минтрансом РФ: отчет о НИР: АО «Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта»; вр. и. о. зав. лабораторией. Н. Н. Широченко, исполн.: А. С. Беляев и [др.]. - Москва. -2017 г.- 171 с.

53 Аэродинамическое сопротивление плохо обтекаемых тел [Текст] / Е. В. Королев; Р. Р. Жамалов // Вестник НГИЭИ. - 2011. - № 2. - С. 61 - 77.

54 Правила тяговых расчетов для поездной работы. - ОАО «РЖД», Москва, 2016. 515 с.

55 Петров Н. П. Сопротивление поезда на железной дороге / Н. П. Петров. - Санкт-Петербург. - 1889.

56 Бороненко Ю.П., Поляков Б.О., Белгородцева Т.М. Определение аэродинамического сопротивления грузовых поездов с инновационными полувагонами на цифровых моделях // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. - 2021. №1-2 (92-93). С. 57 - 62.

57 Поляков Б. О., Ватулина Е. Я. Взаимодействие высокоскоростного поезда с воздушной средой вблизи объектов инфраструктуры // Транспорт Российской Федерации. Журнал о науке, практике, экономике. - 2017. № 3 (70). -С. 25-28.