2.2　研究方法

研究會車壓力波可采用線路實測的方法。采用風壓板測量列車通過時產(chǎn)生的壓力變化，即在線路一側一定距離處豎一塊立板，其上安裝動態(tài)壓力傳感器。例如美國聯(lián)邦鐵路總署[4]就利用集裝箱側面不同高度處安裝傳感器的方法測量列車通過時產(chǎn)生的壓力波變化（圖2-1）。在既有線上也可以直接在列車側壁上安裝壓力傳感器，調(diào)度兩列車在平直路段上以希望的速度交會。壓力傳感器要求體積小、厚度薄、響應速度快，以使得安裝在列車側壁上時不對附近流場產(chǎn)生過大的影響，并能實時響應氣體壓力的瞬態(tài)變化。英國、法國、德國、日本等國的研究者都采用實車交會測量方法研究過會車壓力波。例如日本學者Komatsu和Yamada[16]1999年利用一列300系高速列車駛過其他列車，測得了通過列車產(chǎn)生的壓力瞬態(tài)值和車體的橫向加速度；意大利學者Mancini G.和Malfatti A.[17]在2002年通過對兩列ETR500高速列車、ETR500與普通貨車的會車測試，比較了不同速度下的會車壓力波。英國的工程師測量了列車以一定速度經(jīng)過一靜止列車時的壓力變化情況[11]。中國的研究人員也在京津城際鐵路和京滬高速鐵路線上做過實車交會實驗，測量了京津線300km/h、330km/h、360km/h等速會車和京滬線340～360km/h不等速會車的車外壓力波[18]。圖2-2為京津城際鐵路上實驗列車側壁傳感器安裝情況，圖2-3為測量所用傳感器及其性能參數(shù)。

圖2-1　風壓板法測量列車通過壓力波[4]

線路實測方法應該是最真實可靠的方法，只要壓力傳感器足夠小且響應頻率滿足要求，數(shù)據(jù)采集和處理方式合理，線路實測是比較可靠的研究會車壓力波的方法。但是線路實測成本很高，受線路運營狀況限制，通常只能在專門的實驗線路上或未開始運營的新建線路上進行，因此大規(guī)模的實測常無法實施。

會車壓力波也可以采用模型測量的方法進行研究。利用某種機械機構或氣動機構使列車模型以一定速度彈射運動，在模型軌道一側安裝風壓板和壓力傳感器，可以測量模型列車通過時產(chǎn)生的壓力變化情況。圖2-4顯示了一種模型列車彈射裝置。實驗開始前，卷揚機轉動，通過牽引鋼絲繩和同步鋼絲繩拉動列車模型和牽引車、發(fā)射車后退到初始發(fā)射位置，此時橡筋繩受拉伸被張緊。發(fā)射時控制機構通過電磁鐵觸發(fā)牽引車上的掛鉤脫鉤，發(fā)射車在橡筋繩張力的作用下向前運動，并通過發(fā)射鋼絲使列車模型以兩倍發(fā)射車速度發(fā)射出去。

圖2-2　傳感器在列車側壁上安裝

圖2-3　動態(tài)壓力傳感器

圖2-4　列車模型彈射裝置原理圖

1—卷揚機；2—牽引鋼絲繩；3—牽引車；4—電磁鐵；5—掛鉤；6—發(fā)射車；7—橡筋繩滑輪；8—橡筋繩；9—發(fā)射鋼絲；10—增速滑輪；11—牽引鋼絲滑輪；12—列車模型；13下部牽引鋼軌；14—上部試驗鋼軌；15—同步彈性掛鉤；16—同步鋼絲滑輪；17—同步鋼絲繩；18—發(fā)射彈性掛鉤

如果采用兩套能相向發(fā)射的列車模型彈射裝置，并保證模擬規(guī)定的線間距，可通過在列車模型上裝壓力傳感器來模擬測量會車壓力波變化情況。模型測量由于可以較方便地改變模型列車的發(fā)射速度，改變模型列車的外形尺寸和表面粗糙度，因此可以進行較大量工況的測量實驗。2002年英國學者Johnson T和Dalley S[21]就采用1/25比例的ETR500高速列車動模型進行了彈射試驗。然而，模型試驗是縮小尺度的模擬實驗，列車模型尺寸通常為1/20～1/37實車尺寸。因此測量壓力數(shù)據(jù)與實車測量得到的壓力變化在許多情況下并不一致，還需按一定的比擬關系進行修正。同時模型尺度太小也使測量精度難于保證。

隨著計算流體力學的發(fā)展，采用流體流動微分方程數(shù)值求解的方法來研究會車壓力波問題已經(jīng)不成為問題。特別是移動網(wǎng)格技術可以比較真實地仿真模擬兩交會列車的實際運行情況，而且不受氣候環(huán)境、線路狀況和實車測量成本的約束。因此，較多的研究者采用仿真計算的方法研究會車壓力波問題。日本[22]、韓國[23]、法國[24]、德國[25]和中國[8-10，13-14，26-28]的學者都曾采用計算流體力學方程數(shù)值計算的方法研究過會車壓力波問題。

盡管影響會車壓力波變化的因素很多，但最重要的影響因素是車速、側壁間距和頭尾形狀。列車頭尾形狀可能的變化方式非常多，涉及相當多的參數(shù)。若不考慮列車頭尾形狀的影響，只討論會車壓力波與列車交會速度和側壁間距之間的變化關系，則有可能獲得任意會車速度條件下會車壓力波隨車速與側壁間距的變化規(guī)律。下面以CRH3型高速動車組為例研究會車壓力波的變化規(guī)律，并以此為基礎，后面對三種頭形列車的會車壓力波變化規(guī)律進行比較。