中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考_田红旗
中国高速轨道交通空气动力学
研究进展及发展思考
田红旗
（1.中南大学轨道交通安全教育部重点实验室，长沙410075；2.中南大学交通运输工程学院，长沙410075）
[摘要]总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施，提炼出了一套基础理论，突破了系列关键技术，以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群，包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。
[关键词]轨道交通空气动力学；高速铁路；实验研究平台群；研究进展；列车空气动力学；列车/隧道耦合空气动力学；列车/风环境耦合空气动力学；弓网空气动力学；人体空气动力学
[中图分类号]U270.11[文献标识码]A[文章编号]1009-1742（2015）04-0030-12
1前言
高速轨道交通是一个庞大的多学科支撑的巨系统。包括了诸如高速轨道交通空气动力学等关键基础科学与技术。高速轨道交通空气动力学是研究列车空气动力特性，列车周围空气运动规律，空气对列车和周围环境（线桥隧风沙等）的动作用、相互影响等规律，及其改善措施的科学[1]。它是在解决高速轨道交通问题的工程需求推动下，形成和迅速发展起来的一门空气动力学分支学科，是空气动力学在高速轨道交通领域的应用和进一步发展。对于空气动力学来说它是一门应用科学，而对于发展高速轨道交通来说它又是一门基础科学。因此，高速轨道交通空气动力学具有很强的边缘性。属工业空气动力学范畴。
它不仅有类似航空航天飞行器的空气动力特性：空气阻力、空气升力、空气横向力、表面分布空气压力等；还有其特殊的空气动力特性：列车交会压力波、列车-隧道耦合空气动力特性、列车风影响下道旁人员与环境所受的空气动力特性、大风环境下列车空气动力特性、列车-桥梁（路堤）耦合空气动力特性等。需要建立适用于高速轨道交通的空气动力学研究方法和体系，开展专题研究。
2中国高速轨道交通空气动力学研究进程
中国高速轨道交通空气动力学的研究大致经历了如下几个阶段。
1）20世纪80年代末期的起步阶段。伴随着国家发展高速铁路的重大需求，与航空航天科研机构全面合作，着手列车空气动力学方面的研究。
[收稿日期]2015-01-07
[作者简介]田红旗，1959年出生，女，河南鲁山县人，教授，博士生导师，从事列车空气动力学和列车撞击动力学的科研与教学工作；
E-mail：thq@https://www.wendangku.net/doc/dd11025100.html,
30
中国工程科学
2）“八五”期间的积累阶段。伴随着中国广深准高速铁路开通，发展了列车空气动力性能数值模拟和相关实验技术。通过大量的风洞实验、在途实车实验、数值模拟及理论分析，开展了列车气动阻力、气动升力、表面分布压力、列车交会压力波、列车通风、人体在站台和道旁安全退避距离等方面的研究。完成了提速铁路、准高速铁路空气动力学行车安全评估。
3）“九五”期间的发展阶段。伴随着中国既有铁路大面积提速，提出流线型列车气动外形与车体结构一体化设计制造方法。研建了国际领先的“列车空气动力学动模型实验系统”，完善了列车气动性能数值模拟技术，开发120～500km/h速度的列车空气动力学现场在线实车实验技术，建立了相应的行车安全评估方法。解决了中国提速铁路因空气动力危及行车安全、降低旅客舒适度、影响环境等科学技术问题。
4）“十五”期间的深化阶段。伴随着中国既有铁路全面提速，以及秦沈高速客运专线建成开通，构建了从理论分析、数值模拟到风洞实验、动模型实验、实车实验等较为完善的列车空气动力学研究体系。发现探明了相关形成及激化机理、特性及影响规律，提出了相应技术规范。研建了青藏铁路大风监测预警与行车指挥系统。完成了中国所有流线型列车外形结构设计，空气动力学线间距确定、列车/隧道耦合空气动力学性能优化。完成了中国所有提速和高速轨道交通的空气动力性能研究、改善措施实施、行车安全评估。
5）“十一五”期间的提升阶段。伴随着高速铁路开行和CRH型动车组上线，构建中国轨道交通空气动力学基础研究、技术研发、工程应用体系。研建和提升了空气动力学方面的实验、计算平台，建立了高速轨道交通空气动力性能设计、实验及评价标准。建立了列车空气动力学基础理论。完成中国300km/h及其以上高速列车和高速隧道空气动力学参数确定、气动外形结构设计与优化等。解决了空气动力制约中国高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全的科学技术问题。全面服务于高速轨道交通发展和国家自主创新战略。
6）“十二五”以来的引领阶段。伴随着中国快速铁路网的建成与运营，提出了以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学。形成了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群。建立了相应成套标准。构建了中国高速轨道交通空气动力学方面的安全行车立体防护体系。
3列车空气动力学研究进展
以改善列车空气动力性能为起点，最终落实到流线型列车气动外形结构研制。从减小气动阻力、降低交会压力波、减缓气动噪声、优化表面空气分布压力、控制空气升力和空气横向力、提高人体舒适性的思路入手，探明形成机理、影响因素、改善措施。形成列车空气动力学分析理论、关键技术、设计方法等体系。完成中国各型高速列车气动外形结构性设计[2~4]。
3.1高速列车周围流场湍流强度特性
列车周围流场湍流强度是描述列车风风速随时间和空间变化的程度。反映脉动风速的相对强度，是描述列车周围流场湍流运动特性的最重要的特征量。湍流强度量级一般分为4级：a.高湍流度，一般湍流度大于0.20；b.较高湍流度，一般湍流度在0.05～0.20；c.中度湍流度，较低速度(雷诺数)流动等，一般湍流度在0.01～0.05；d.低湍流度，一般湍流度小于0.01。大量研究表明，高速列车的头部及车身侧面流场湍流度最大在0.2以上。尾部侧面最大湍流度达到0.5。且越靠近列车表面，湍流度越大。按照上述湍流强度量级的划分，高速列车周围流场属于高湍流度的流动。
3.2高速列车周围流场涡旋空间结构特性
当高速列车运动时，其周围的空气会产生许多瞬态的无规则的漩涡，这些漩涡在列车表面产生，发展并脱落，引起列车周围流场瞬态的速度波动。这些漩涡星系所特有的分布结构被称为列车周围流场涡旋结构。大量研究表明，高速列车的头部、尾部、底部、车辆连接部位周围以及尾流区域的漩涡分布密集。列车车身规则等截面部位的漩涡非常少。因此，漩涡主要源于复杂突变以及曲率变化大的表面结构。列车的头部、尾部、底部、车辆连接部位、以及尾流区域漩涡分布密集，是漩涡产生的主要位置。
3.3高速列车表面附面层演变特性
当列车运动时，由于空气的黏性，在列车外表面将形成一流体层。沿列车壁面法向向外，流体层由流速为零迅速升高到与来流速度基本一致。该
31
流体层称之为列车外表面附面层。附面层厚度是指附面层内的速度达到主流速度某一百分数时距离壁面的法向距离，该百分数一般为99%。
大量研究表明，a.流线型列车头部的附面层非常薄，接近于零；b.在流线型头部与车身连接处，附面层出现分离，产生较大的速度梯度；c.从连接处向后沿列车长度方向，附面层厚度不断迅速增加，至中后部以后再缓慢增加；d.在列车横截面外廓线周围，列车侧中上部和顶部的附面层厚度基本相当。列车侧下部的附面层厚度最大，约是列车侧中上部附面层厚度的两倍；e.对于列车底面，约在5/8列车头车长度的位置，附面层厚度呈线性增加到车体下表面距离地面的厚度，之后沿列车长度方向一直保持这个厚度；f.在列车尾端，附面层变化为类似球状。
3.4成套原创性理论关系式
成套原创性理论关系式[5~9]主要包括：a.列车交会压力波与列车速度、线间距、车体宽度、附面层厚度的系列理论关系式；b.列车外形参数与列车空气阻力、空气升力、空气横向力、交会压力波的成套理论关系式；c.列车表面附面层厚度理论关系式；d.列车中各车辆空气阻力构成及估算公式。
3.5高速列车气动外形的形性设计优化
通过对高速列车气动外形的形性研究，得到列车流线型头部长度、纵向剖面形状、俯视形状、各主型线组成的耦合外形与列车交会压力波、空气阻力、空气升力、空气横向力、列车表面压力分布的关系，探明列车车体的底部外形、车体截面外廓形状对列车空气动力性能的影响规律[10~13]。
制定了列车气动外形设计准则。包括：a.列车外形、头部和尾部外形均为流线型，车体表面应尽可能光滑平整，无凸出外表面的窗玻璃压条及门扶手等；b.车身断面形状应采用鼓形，或者采用折线形式的侧墙以圆弧与车顶和车底罩相连；c.将列车底部除转向架外用封闭外罩全部包裹起来；d.列车编组，车身断面形状应尽可能相同，不同断面形状车体混编时，应设置平滑过渡导流罩；e.列车车头、受电弓、牵引缓冲装置、车体底部、车辆连接处、把手、缝隙、凹槽等部位避免产生涡流；f.须满足司机室净空、瞭望条件。
创建了降低高速列车气动力、交会压力波、隧道交变压力及气压爆破，提高气压变化下人体舒适性的高速列车外形结构协同设计、轻量化与辅助制造方法，完成39种已投入运营的流线型列车外形结构设计。
3.6高速列车气动结构设计优化
通过高速列车结构设计优化，进一步改善高速列车空气动力性能和解决相关空气动力学问题。主要包括：a.转向架区域防积雪气动性能设计优化；
b.车辆间连接优良气动外形过渡；
c.设备舱导流罩承受气动载荷能力设计；
d.改善动力设备冷却流场分布的气动结构设计；
e.抗交变气动载荷作用的车体、车窗玻璃结构设计；
f.抗风沙（石）冲击的车体结构设计；
g.抗风沙尘空调机组气动结构设计；
h.高速列车通风系统结构优化设计；
i.受电弓及其导流罩气动结构设计优化；
j.满足气密性要求的车体结构设计优化等。
3.7高速列车界面流动控制气动减阻
采用改进型延迟分离涡模型，得到列车周围瞬态流场的精细结构：高速列车附面层厚度随着列车长度的增加而增厚；附面层在头车靠近流线型过渡部位出现分离，随后附面层迅速增厚；附面层引起的摩擦阻力占总气动阻力的一半左右。因此，通过附面层控制减阻具有很大的潜力，进而提出高速列车界面流动控制减阻方法：考虑吹-吸气口位置距离气流分离位置不同距离、吹-吸气口形状尺寸圆孔直径及阵列参数、吹-吸气速度等变量，提出头、尾车流动分离区域吹-吸气方法，实现附面层延缓分离，从而达到列车减阻的目的。
3.8高速列车气动降噪
随着列车运行速度的提高，气动噪声成为高速列车主要噪声源，严重影响车内外环境。为了降低高速列车气动噪声，开发了高速列车边线噪声测试技术、噪声源相控声阵列测试技术、车内外噪声源分离识别技术、振动噪声及声学故障诊断技术；建立了高速列车噪声成分分解模型，探明了气动噪声传递、声能与列车速度等相关规律，得到了高速列车车内外噪声源图谱；提出了阵列实验声学数据处理的反卷积算法，加速了声源周围幅值衰减，极大削弱了声源之间的干涉误差；提出了整体/局部外形的流体声学优化设计、设置声屏障等高速列车降噪措施。
3.9高速列车通风结构设计优化
合理设计优化空调装置进排风系统，电机电气冷却风道系统，设备舱通风换气系统等各种设备风道是高速列车运行安全和乘员舒适的关键因素。
32
中国工程科学
研究得到了高速列车表面分布压力规律：a.将各种设备风道风口设置在表面压强较稳定的区域，进风口布置在正压强区，排风口布置在负压强区；b.通过设计外形，改变和优化高速列车表面压力分布，满足进排风口位置布置的需要；c.设计优化了各种通风口结构和风道结构，提高了设备冷却风和车内新风的送风均匀性；d.综合列车整体气密性、车厢内流场品质和人体舒适性的要求，提出了新/排风控制策略。
4列车/隧道耦合空气动力学研究进展
以乘客安全舒适、列车/隧道/弓网结构安全、隧
道口环境降噪为目标，从抑制高速列车车厢内交变气压，降低隧道内瞬变气动冲击压力、减小气压爆波、控制隧道内火灾烟流扩散及引导乘客逃生的思路入手，提出人/车/隧/环境耦合空气动力理论模型与控制方法，形成列车/隧道耦合空气动力安全技术，完成中国高速铁路重大工程中各类型的隧道断面、各种缓冲结构、280余座典型隧道和CRH 系列高速列车/隧道耦合空气动力效应的分析、评估和优化，实现了气压爆波减小50%、瞬变压力降低10%～35%[14~17]。4.1
单列车穿越隧道时列车周围流场特性
高速列车穿越隧道过程中，由于边界突变，绕列车运动的气流受到隧道壁面的制约形成压缩波、膨胀波，这两种波在隧道内以音速传播。压缩波和膨胀波的不断产生和传播、在隧道内壁/列车外壁/隧道进出口等之间不断以音速反射、连续叠加和激发，形成复杂波系。从而导致隧道内空气压力发生剧烈变化。图1为单车过隧道时列车周围流场分布图，从图中可知，列车两侧流场不对称，这样列车会
承受侧向力和侧滚力矩。
图1单车过隧道时列车周围流场
Fig.1
Flow field around single train in tunnels
4.2
隧道内列车车厢内流场特性
当列车通过隧道或在隧道内交会时，将产生较大的空气压力波动，此压力波动传入车厢内，乘员会感到不舒适，轻者压迫耳膜，重者头晕恶心，甚至造成耳膜破裂，与乘飞机情况类似，给旅客乘坐舒适性带来严重影响。为了减少车内受车外压力波动的影响，保证旅客的舒适度，就需要采取措施改善车内压力变化。由此，提出了拟制车厢内压力剧烈波动的瞬变压力/车辆气密性/车体刚度匹配技术。
4.3列车在隧道内交会瞬态流场特性
列车在隧道内交会，由于两列车分别从隧道两端进出隧道瞬间，都会产生压缩波与膨胀波，再加上列车交会引发的空气压力冲击波，各种波在隧道
内传播过程中相互叠加并在隧道口进行反射，形成
的波系比单列车过隧道更为复杂。图2为列车在隧道内交会瞬态流场。由此可见，两相对运行动车组交会时，由于列车周围空气受到隧道壁面制约，空气压力冲击波不像在明线交会时能及时扩散，故在
隧道内交会产生的压力变化幅值远大于明线交会。
图2列车在隧道内交会瞬态流场
Fig.2Transient flow field of passing trains in tunnels
4.4
高速列车/隧道空气压力波系理论
针对高速列车/隧道耦合空气动力学理论研究的三大难题：空气压力复杂波系精确描述、强非线性脉冲波捕捉、车内外压力映射，建立了高速列车/隧道空气压力波系理论分析方法。
1）综合考虑车体刚度、车体气密性，建立车厢内外交变气压传递数学模型（见式（1）），突破了传统模型不能反映车体刚度对车内压力影响的局限。
P (x ,y ,t )=af (x ,t )+bf (x ,y )
（1）
式(1)中，P (x ,y ,t )为同时考虑车体刚度、气密性时的车内压力变化；x 为车外压力变化幅值；y 为车体自
33
中国工程科学
振频率；t 为泄压时间；f (x ,t )为大刚度下车内气压变化率；f (x ,y )为刚度影响时全密封车体的车内气压变化率；a 为车体刚度对车内压力的影响因子，一般取值为1；b 为车体气密性对车内压力的影响
因子，
b =f (x ,y )2
[f (x ,y )+1.5f (x ,t )]2
。2）提出三维可压非对称滑移分区理论和自适应尺度模型。4.5
列车/隧道耦合气动设计参数理论建立隧道长度、隧道面积、相邻隧道洞口间距、列车长度、列车横断面积等与隧道及列车表面压力变化、隧道出口气压爆波的关系，归纳出最不利运行工况、最不利隧道长度和列车长度等。
1）发现当列车速度大于250km/h ，非线性脉冲波从隧道口向外传播，能量不断衰减并向高频转移，经典的气压爆波与距离的反比关系不再成立，经理论分析与实验研究，提出了如下关系式：
ΔP =λad c s é?êù
?úd P bw d t ex （
c =0.80~0.90）（2）2）单列车过隧道最不利隧道长度的计算公式：
L TU =1+Ma Ma
L TR （3）
3）列车在隧道内交会，最不利双线隧道长度的计算公式：
L TU =(1+Ma )
2Ma (1-Ma )L
TR
（4）4）隧道内交变压力极值点位置与列车及隧道长度关系的计算公式：
L d =min ìí?üy
t
2(i +1)L TU Ma (1+Ma )-1
(2(i +1)L TU Ma -L TR )(1-Ma )-1（i =0，1，2，3）（5）
式（2）～式（5）中，ΔP 为隧道出口气压爆波；λ为隧
道口辐射系数；d 为距隧道出口的距离；é?êù?úd P bw d t ex 为隧道出口压力梯度；
L TU 为隧道长度；L TR 为列车编组长度；Ma 为马赫数；L d 为隧道内交变压力极值点位置距隧道入口距离。
4.6隧道气压爆波激化理论及减缓措施
当列车头部进入隧道，产生的系列压缩波在隧道内传播时，隧道内气压、密度和温度均会急剧上升，音速不断增大，使得后面的压缩波赶上前面的压缩波，导致隧道内能量积聚，引起强非线性脉冲波激化，在隧道口产生爆波。因此，发现并提出隧道气压爆波新概念。 4.6.1隧道气压爆波激化理论
1）提出长大隧道气压爆波的动态重叠、多维分区匹配计算方法（见图3），解决了隧道内非线性脉冲波激化的计算难题，实现了长大隧道和曲线隧道气压爆波的求解，使长大隧道气压爆波求解速度比传统算法提高5倍。采用该方法的计算结果与实车实验结果进行比较，两者吻合较好，误差在5%
左右。
图3长大隧道气压爆波的动态重叠、多维匹配算法示意图
Fig.3Dynamical overlay of blast wave and multi -dimensional matching algorithm
2）建立始压缩波在长大隧道传播激化修正模型（见图4、公式（6）），考虑了压力波非线性引起的能量频率转移和大气吸收特性，实现隧道口气压爆波较精确描述。
?2p ˉ?t ˉ2-?2p ˉ-b L f (?3p ˉ?t
ˉ3)-βf (?2p ˉ2?t ˉ2)=0
(6)式（6）中，b 为隧道内大气吸收系数，通过大量的实车实验获得；β为非线性系数；L 为隧道长度。4.6.2隧道气压爆波减缓措施
列车速度、头部外形，隧道洞门及缓冲结构形式，竖井、斜井和横通道的位置及形状，隧道道床形式及隧道壁面粗糙度等对气压爆波均有影响，通过对影响气压爆波的因素进行分析，提出减缓气压爆波的缓冲结构设计准则：阻塞比随缓冲结构长度的变化尽可能平缓。
各种类型洞门阻塞比随缓冲结构长度的变化关系如下：a.端墙式洞门为垂直阶跃突变；b.喇叭式洞门依然有突变；c.斜切式洞门有较大改善，但一阶导数不连续。由此进一步提出减缓气压爆波的缓冲结构设计准则：阻塞比与缓冲结构长度变化曲线为一阶导数连续。通过隧道/洞门/缓冲结构等细微结构的曲率变化控制初始压力梯度，完成不同缓冲结构、洞门、隧道口地形环境等对气压爆波的影响规律研究，得到最优的洞门、缓冲结构形式：帽檐斜切式与缓冲结构的组合形式。
34
图4
帽檐斜切式与缓冲结构的组合形式
Fig.4
Combination miter hat style with cushion structure
4.7
列车/隧道火灾逃生分析模型及应急处置技术隧道火灾是一种综合燃烧、湍流流动和热传递过程的灾害性现象。其发生和发展规律具有随机性和不确定性双重特点。将隧道及车厢内外流场耦合进行考虑，采用动网格技术实现列车携火源运行的数值模拟，分析隧道内烟气流动规律，构建火灾反应全过程分析模型、移动火源下烟气扩散计算分析模型、隧道火灾事故人员疏散模型，提出列车/隧道火灾烟气蔓延控制、火灾危险临界状态预测与乘员疏散应急处置技术。
5列车/风/沙/雨/雪环境空气动力学研究进展
列车/风/沙/雨/雪环境空气动力学是研究列车
风与风/沙/雨/雪环境耦合作用下的列车空气动力特性、风/沙/雨/雪环境下行车安全保障体系的应用科学。
在开展列车/风环境耦合空气动力学研究基础上，针对影响行车安全的5要素和影响效率的诸多因素，提出并解决了“定阈、提阈、预测、决策”关键科学问题。实现“风/沙/雨/雪环境下铁路安全、高效运输”的目标[18~20]。5.1
大风环境下列车空气动力学理论关系式
提出横风风速和列车运行速度之间的耦合关系用“风车速比”来表示，它具体表现为：a.列车速度不变，横风风速改变；b.横风风速不变，列车运行速度改变；c.风速、列车速度均发生变化。
通过对大风环境下列车空气动力特性、风-车-路耦合空气动力特性、列车交会空气压力波特性进行动模型实验、数值计算、风洞实验、在线实车实验和理论分析，建立了大风环境下列车空气动力学理论。得到了列车空气阻力系数与风车速比理论关系式，风速/风向变化时列车空气阻力理论关系式，列车空气升力与小角度侧偏角理论关系式，列车横向力系数与小角度侧偏角理论关系式，路堤高度与气动力的系列理论关系式。
5.2风/沙/雨/雪环境下列车空气动力学特性5.2.1列车单向运行空气动力学特性
大风环境下的列车空气动力特性包括列车表面压力分布、列车空气阻力特性、车辆空气升力特性、车辆空气横向力特性[21~26]。
1）列车表面压力分布规律如下：a.列车头部的鼻尖及导流板凹槽内不再为驻点，但仍为较大的正压；b.列车顶面、底部基本为负压，通常列车底部的负压绝对值远小于车顶部的负压绝对值；c.列车侧面的迎风面基本为正压，背风面基本为负压；d.车体侧面的迎风面为较小的正压，背风面为很大的负压，迎风面和背风面的压强叠加后使车体侧面受到非常大的侧压差。
2）列车空气阻力特性规律如下：列车的头车空气阻力系数与风车速比呈二次方关系，而中间车、尾车的空气阻力系数与风车速比呈三次方关系。
3）列车空气升力特性规律如下：列车的头车、中间车和尾车空气升力系数与小角度侧偏角均呈二次方关系增加。降低大风环境下头车和尾车的空气升力，鼓壁侧墙优于直壁侧墙。
4）列车横向力特性规律如下：列车的头车、中间车和尾车空气横向力系数与小角度侧偏角均呈二次方关系增加。降低大风环境下头车和尾车的空气横向力，鼓壁侧墙远优于直壁侧墙。5.2.2列车交会空气压力波特性
两交会列车运行速度不尽相同，且两交会列车相向运动，列车风与环境风的耦合产生复杂的流场，无法用简单的侧偏角来说明列车速度与环境速
35
度的耦合问题，因此，需将大风环境下列车交会问题分解讨论。
1）环境风风速不变，大风风向与列车交会压强波特性规律如下：大风环境下列车交会空气压强波幅值随风向角（0°≤θ≤360°）增加呈抛物线形式改变，风向角在90°~180°或180°~270°，交会压强波幅值最大，是无环境风的1.6倍左右；风向角为0°时，交会压强波幅值最小，是无环境风的60%左右。
2）环境风风向不变，大风风速与列车交会压强波特性规律如下：风向角为180°时，随风速增大，列车交会空气压强波幅值迅速增大；风向角为0°时，随风速增大，列车交会空气压强波幅值迅速减小；风向角为45°或315°时，随风速增大，列车交会空气压强波幅值变化很小；风向角为135°或225°时，随风速增大，列车交会空气压强波增长幅度最大。
5.2.3风-车-路耦合空气动力特性
风-车-路耦合空气动力特性规律为：a.车辆横向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随小角度侧偏角的增加而迅速增大；b.当侧偏角达到一定值时，车辆横向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随侧偏角的增大而增加的趋势变缓；c.在桥上运行使车辆横向力和倾覆力矩增加，桥梁高度越高，车辆横向力和倾覆力矩的绝对值越大；d.车辆横向力系数和倾覆力矩系数的绝对值随路堤高度的增加而呈二次方关系增加。
5.2.4风-沙（尘）-雨-雪-车耦合空气动力特性
针对风吹沙（尘）、雨、雪等对列车运行安全构成的影响，确定了起沙、扬尘、扬雪临界风速，探明了风沙尘流密度空间分布规律、沙（尘）粒粒径与环境风速关系、风沙沙（尘）粒跃移速度与环境风速关系。发现了车窗玻璃、设备舱、转向架空气弹簧等部件抗风沙、风雨、风雪性能规律。
5.3铁路沿线局地短时近地风场预测
提出了铁路沿线非平稳跳跃矢量风滚动递推、模型重构的短时预测方法[27~31]，铁路沿线多测风点近地风场点域空间映射技术。实现了铁路沿线近地风场时间高精度预测、空间无盲区监测、全线风速连续时空推演。时间预测精度比传统时间序列法提高一倍以上。
5.4大风环境下列车运行安全阈值确定方法
以“大风环境下铁路安全、高效运输”为目标，针对影响列车运行安全的风致列车倾覆、车体升重比超限、网偏致弓网失效、风沙致车窗玻璃破损、局部突发瞬态风致列车剧晃等问题，影响运输效率的线路停轮、列车停运问题，确定与“风力风向/车型/路况/接触网/挡风墙/沿线地形地貌”对应的列车运行安全阈值[39~45]。
综合安全阈值（车辆倾覆、车体气动升重比超限、网偏致弓网失效、窗玻璃破损、瞬态风致列车晃动等）判定方法用下式表示：
D≤const.（7）式(7)中，D为列车运行参数；const.为列车运行安全阈值。
5.5大风环境下列车运行安全阈值增强方法
5.5.1高速列车外形设计优化
采用流线型列车(流线型头形、流线型车身、连接部位外风挡、车体底部除转向架外全部包起等)能够有效地改善大风环境下列车空气动力性能，包括减小列车空气阻力、控制车辆空气动力升力、降低列车交会压力波幅值。合理设计侧壁形状，可以改善车辆横向气动性能。目前，中国在设计大风区高速列车外形与结构时，均考虑了改善风环境下的车辆空气动力性能。
5.5.2列车结构抗冲击设计
大风扬起的沙石对列车车体、车窗玻璃、设备舱等构成强烈冲击。研究得到了适用于列车车体、车窗玻璃、设备舱等可损伤累积致使破损的材料本构模型参数，提出了强化列车车体、车窗玻璃、设备舱等所能承受瞬态冲击压力、沙石冲击及耦合载荷极限承载能力的方法，并进行了列车结构抗冲击设计及其实验验证，有效提高了列车结构抗冲击安全阈值。
5.5.3挡风墙设置
提出载荷平衡带域的安全运行速度阈值增强方法。通过在大风区铁路设置挡风墙来控制列车周围流场涡结构，找出载荷平衡带域，以实现列车安全运行速度阈值的增强。挡风墙设置应综合考虑如下因素：a.挡风墙形状；b.挡风墙高度；c.挡风墙与轨道间的距离；d.挡风墙对接触网偏移量的影响；
e.挡风墙对铁路复线的1线和2线上的列车气动性能的影响；
f.挡风墙对不同车型气动性能的影响；
g.地形地貌、线路状况的影响。
5.6大风环境下铁路行车安全保障技术
探明风/车/路/网/墙/地形地貌耦合的列车周围流场流动及车辆倾覆机理，建立风/车/路/网/墙/地形
36
中国工程科学
地貌耦合下车辆倾覆、车体升重比超限、网偏致弓网失效等多元要素下车辆气动载荷与姿态响应耦合模型，提出了实时限速行车阈值确定方法，建立了多源异类信息融合、行车指挥安全态势评判技术，建设了多元协同行车安全预警指挥系统。
5.6.1大风环境下列车安全运行速度限值
列车安全运行速度限值的确定需要考虑各种因素的影响，如风环境（风力、风向、列车周围地貌环境）下的空气动力性能，路况(桥梁、路堤、路堑、直线、曲线、挡风墙等)，列车外型，车辆载重，车辆动力性能，车窗承受气动压力能力，空调及通风系统抗风沙尘能力，风沙流对列车车窗玻璃和列车运行稳定性的影响，接触网偏移量，局部突发瞬态风致列车晃动程度等。大风环境下列车安全运行规范是针对线路区域或列车速度等级制定的，因此，各铁路线的速度限值标准不同。对各种车辆可以提出通用安全运行速度限值，对某一个高路堤、高桥梁也可制定相应的列车安全运行速度限值。
5.6.2大风行车安全预警指挥系统
铁路大风监测预警与行车指挥系统要求：从实时大风监测预警，到形成列车运行速度限制指令，并能实现及时与通过风区的列车进行信息交换，为列车安全通过风区以及大风环境下行车指挥调度提供有效决策。其关键技术主要有：a.铁路沿线局地短时近地风场预测；b.列车（车型、编组、运行状态）-大风（风力风向、测风站位置）-路况-地形地貌环境等多源信息融合与集成处理技术；c.长距离实时风速采集、传输、存储技术；d.风区列车运行实时预警与指挥决策等。
5.7大风环境下安全行车评估指标体系
在国内外大风环境下安全行车评估指标的基础上，新增提出了车体倾覆系数、车体横向偏移量、车体横向加速度、车体抬升量、车体升重比系数、车体侧滚角、车体摇头角、铁路沿线风沙尘流密度与强度、接触网导线横向与垂向偏移量、接触网承力索横向与垂向偏量、接触网回线横向与垂向偏移量、定位点垂向与纵向振动加速度、定位器绕横向与纵向轴倾角、接触网支柱挠度、接触网导线张力、接触网承力索张力等22项安全行车评估指标。
6高速铁路弓网空气动力学研究进展
列车明线运行、交会、穿越隧道、在隧道内交会及在风环境下运行时，会产生强烈的空气动力作用，导致弓网偏移、接触压力发生剧烈变化，由此产生了弓网空气动力学[38，39]。
研究进展主要有：a.探明了列车明线运行、交会条件下弓网空气动力效应规律，并提出改善措施；b.建立高速列车穿越隧道时隧道-列车-受电弓-接触网多尺度模型、观测基准失稳运动下的接触网支柱振动、动态特征点绝对风偏量的检测模型；c.研制可测量列车高速进出隧道时受电弓所受气动升力的测力天平，实现列车穿越隧道时受电弓装置整体所受气动升力的测量；d.研制接触网偏移量机器视觉检测系统，实现接触网偏移量在线实时检测；e.发现高速列车穿越隧道时弓网气动力变化特性规律，隧道长度、截面形状、缓冲结构等参数对弓网气动性能影响规律，列车速度、外形、编组长度、受电弓安装位置、受电弓外形、参数对弓网气动性能影响规律等；f.得到高速列车在隧道内交会时弓网气动性能；g.探明风环境下接触网偏移量变化规律；h.完成受电弓导流罩外形优化。
7高速铁路人体空气动力学研究进展
列车在地面高速运行时将带动列车侧面、底部及尾部的周围空气运动，形成列车风。处于列车风中的人体将受到气动纵向力、侧向力、升力及其相应的气动力矩作用。通过大量的实车实验、动模型实验、数值计算、理论分析，建立了列车风风速、人体承受的作用力、人体距列车侧壁距离、列车运行速度、列车外形、人体姿态等相互关系：a.列车风对人体作用力与侧向距离的关系；b.列车风对人体作用力与列车运行速度的关系；c.不同车型列车风与人体作用力的关系；d.人体姿态与人体气动力的关系；e.列车风风速与列车侧向距离的关系；f.列车风风速与列车运行速度的关系。提出了人体安全退避距离评价参考标准，包括人体允许承受的气动力和风速建议值、200km/h等级线路在列车通过时的人体安全退避距离。
列车高速明线交会、穿越隧道及在隧道内交会时诱发的压力波传入车厢内，给乘员舒适性带来影响。研建了可模拟车厢内空气压力波动过程的实验装置，并进行了大量的实车实验和实验室实验，建立列车车厢内压力波动与车型、列车速度、隧道结构参数之间的关系，提出了中国人体舒适性标准建议值。
风环境下道旁人员受到列车风和环境风的双
37
中国工程科学
重作用，进行了大风环境下高速铁路道旁（包括明线、隧道内、隧道口）人员安全避让距离实车实验，提出了大风环境下高速铁路道旁人员安全避让距离建议值。以提高道旁人员安全性和乘员人体舒适性为目标，建立了人/车/隧/环境耦合空气动力安全协同控制体系，提出相应的方法与标准。
8
高速轨道交通空气动力学专用实验平台群
8.1
轨道交通空气动力特性动模型实验系统从零做起，于1998年自主建成模型比例与实验速度均处于国际领先水平、与风洞实验互补的高速列车气动特性动模型实验系统（见图5）
。
图5
高速列车气动特性动模型实验系统
Fig.5
Moving vehicle model for aerodynamical force tests
解决了高速列车交会、穿越隧道、通过车站、连续地面效应等模型实验难题。在中国高速列车研制、高速铁路线/隧/站研建的空气动力模型实验中起到不可替代的作用。该系统的列车交会实验速度达500km/h 交会500km/h ，模型比例分别为1∶8～1∶25等。
利用该系统开展的实验研究主要有：a.高速列车空气动力特性实验。包括高速明线运行和穿越隧道时的列车空气阻力、交会压力波、列车表面空气分布压力、车辆空气升力、车辆空气横向力等实验；b.隧道、隧道群、竖井、横通道及其附属结构空气动力效应及减缓措施实验；c.隧道气压爆波特性及缓解实验；d.高速列车通过车站空气动力学实验；e.高速列车通过风/声屏障、挡风墙空气动力效应实验；f.列车与隧道火灾烟流及其移动火源灾害实验。
根据大量动模型实验结果，重复性实验相对误差不大于3%，与实车实验结果相差不大于5%。
8.2
交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性
综合实验装置
针对列车高速穿越隧道时产生的交变气动载荷导致车体瞬态气动冲击疲劳问题，于2008年研建了交变冲击气动压力下的人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置（见图6）。主要创新有：a.通过多源阵列控制车体抽吸动作，以隧道瞬变压力向车内传递数学模型为基础，实现了10000Pa 范围内周期和非周期的压力瞬变过程模拟；b.采用波形追踪逼近控制技术，真实再现了车内外压力演化过程，实现车体承受气动载荷谱的准确模拟[40~42]
。
图6交变气动载荷实验装置Fig.6
Experimental platform for
alternating aerodynamic tests
利用该装置开展的实验研究主要有：a.高速列
车乘员人耳舒适性及安全性实验；b.高速列车车体及其部件（包括车窗玻璃、车门、车辆端墙等）气动载荷疲劳强度实验；c.列车高速通过隧道时车内压力波模拟实验；d.高速列车车内流场品质评估实验；e.高速列车车体（包括车门、车窗、通过台、通风装置等）气密性实验；f.交变气动载荷作用下车体车窗与车体结构刚度匹配实验。
8.3风/沙/雨/雪气动实验平台群
针对恶劣气候环境下高速列车运行安全问题，近几年来研建了风速风向、风沙、风雨、风雪等模拟实验装置（见图7、图8），形成了风/沙/雨/雪气动实验平台群。利用该平台群开展的实验研究主要有：a.起沙、扬雪、扬尘实验；b.风沙尘流密度与风速关系实验；c.风沙尘流密度空间分布实验；d.沙粒、尘土粒径与环境风速关系实验；e.风沙沙粒跃移速度与环境风速关系实验；f.高速列车车窗玻璃、设备舱、转向架空气弹簧等部件抗风沙、风雨性能及动态冲
38
图7
风雪、扬尘实验装置Fig.7
Experimental platform for creating snow/wind/
sand environment
击疲劳实验；g.风沙、风雨及其交替作用下空调机组
承受能力、环境适应性、改型实验；h.高速铁路防灾系统用风速风向传感器环境适应性与标定认证实验；i.高寒动车组转向架抗积雪实验；g.风沙（含尘）/
风雨交变环境下高速列车通风系统适应性实验。
图8风沙、风雨及风速传感器检定实验装置Fig.8
Experimental platform for measurement of wind/
sand ，wind/rain and wind velocity
8.4
高速铁路视觉检测系统
为满足高速铁路越来越多非接触式检测需求，机器视觉检测技术被引入高速轨道空气动力学研究领域，自主开发了高速列车空气阻力，列车运行姿态，风沙、风雪等异物入侵，风致接触网偏移量等机器视觉检测系统。利用该系统开展的实验研究主要有：a.高速列车气动阻力非接触式动模型实验；b.高速列车在风环境、交会、过隧道及在隧道内交会条件下运行姿态实验；c.风沙、风雪等异物上道、埋道事件识别检测与预警；d.风环境下高速铁路弓网状态监测与报警；e.接触网、接触网立柱、辅助导线、承力索偏移量检测等。8.5在线实车实验系统
自20世纪90年代以来，开发了涵盖高速列车稳态运行、交会运行、穿越隧道、通过强风沙区四方面、26类实验技术的在线实车空气动力实验系统，
建立了中国120~500km/h 的高速列车/线桥隧/接触网/环境空气动力学实车综合实验体系。
利用该系统开展的实验研究主要有：a.列车空气动力学行车安全评估实验，包括列车交会、列车过隧道、人员安全退避距离、大风环境下行车等安全评估实验；b.列车表面压力分布实验，如空调装置进排风口位置、司机室外形局部曲率变化较大处的
压力分布以及列车表面压力分布规律实验；c.列车/隧道耦合空气动力学实验，包括列车车厢内外、隧道内的瞬变压力，隧道口气压爆波、隧道内列车风、隧道壁面加速度、隧道内附属设施气动力、隧道口弓网偏移量等；d.列车周围环境实验，包括各种类型挡风墙、桥梁、建筑物压力分布与周围流场测试及其对高速列车运行安全影响实验，环境风风速测试，防风设施防风效果评估实验等；e.列车运行过程中牵引电机冷却风机风量实验，电机、电器冷却风腔百叶窗空气流向及流速测量；f.高速列车车窗玻璃承受风载荷实验；g.大风环境下列车动态偏移量实验；h.大风环境下车辆倾覆稳定性实验；i.大风环境下列车运行安全性实验。8.6高速铁路兼用风洞群
目前有一系列可用于高速轨道交通空气动力学实验的风洞群。为了满足长大形状的列车风洞实验，研制了六分量测力专用天平。研究了测力、测压等关键实验技术。研制了解决地板附面层影响的多孔吸气地板。实验模型缩比分别为1∶6～1∶25等。其中1∶6实验模型和1∶15的9车编组为国际上最大或最长的。开展的实验研究主要有：a.列车头部形状实验（头部气动性能、头部各型线与气动性能关系、头形研究及定型比选）、部件组合优化实验（车体底部形状、内外风档、受电弓导流罩、导流板、车体截面等）、复杂编组列车研究实验等；b.列车气动阻力、升力、横向力及相应的力矩、列车表面分布压力、列车尾部流场、列车空调系统进排风性能实验等；c.高速铁路挡风墙、风/声屏障、桥梁、防风明洞等表面及其周围环境空气动力性能实验；d.大风环境下风-车-路(路堤、桥、挡风墙等)-网耦合空气动力特性实验。8.7数值仿真平台
针对列车与地面间、列车与列车间、列车与隧道间等具有相对运动的大尺度库塔流动、边界突变激发的复杂波系等流场计算难题，自主开发了系列数值计算软件。主要有：a.列车交会、过隧道、在隧
39
道内交会等具有相对运动的数值模拟计算软件；
b.列车气动阻力、升力、横向力、表面压力和周围环境流场三维数值计算软件；
c.列车尾流场结构三维分析软件；
d.交变气动载荷作用下列车车体流固耦合数值计算软件；
e.风/车/路/网/墙/地形地貌耦合数值计算软件；
f.长大隧道、曲线隧道内瞬态气动冲击压力及其出口气压爆波数值计算软件。计算结果与实车实验结果比相差10%以内。
9正在开展的研究和进一步发展的思考
随着社会的不断进步、科学技术迅速发展、列车运行速度进一步提高、以及中国高铁实施“走出去”战略，人们对高速铁路节能环保、运行安全、乘坐舒适性提出了更高的要求。因此，高速轨道交通空气动力学研究领域面临着新的挑战，主要有：a.高速列车进一步节能减阻；b.列车/隧道耦合多激扰下气弹效应减缓；c.极端环境下多相流动及相变对轨道交通空气动力影响；d.乘员高舒适性需求下的列车气动环境改善。
正在开展的研究和进一步发展方向主要有：a.高速轨道交通气动性能优化的流动控制技术；b.高速列车减阻降噪的仿生技术；c.面向轻量化设计的高速列车气弹效应抑制技术；d.风沙雨雪冰极端气候条件下行车安全技术；e.特殊地形地貌条件下流场流动机理及控制方法；f.交变压力及噪声下乘员损伤及预防；g.高速轨道交通流场精细化测试技术及设备；h.建设“横风-动模型实验装置”，突破风洞实验无法模拟多体相对运动和动模型实验无法模拟横风环境的技术瓶颈，真实模拟近地风场、高速列车、地面设施以及三者间相对运动，实现三者相对运动为一体的瞬态测量；i.建设轨道交通空气动力学综合实验研究基地。
10结语
伴随着国家高速铁路的大发展，中国高速轨道交通空气动力学的研究历经了起步、积累、发展、深化、提升、引领6个阶段。提出了以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学。创建了7大专用实验研究平台，形成了一套基础理论，突破了系列关键技术，解决了空气动力制约铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。参考文献
[1]田红旗.列车空气动力学[M].北京：中国铁道出版社，2007：
160-161.
[2]田红旗.中国列车空气动力学研究进展[J].交通运输工程学报，
2006，6(1)：1-8.
[3]肖京平，黄志祥，陈立.高速列车空气动力学研究技术综述
[J].力学与实践，2013，35(2)：1-12.
[4]田红旗，梁习锋，许平.列车空气动力性能研究及外形、结构
设计方法[J].中国铁道科学，2002，23(5)：138-141.
[5]田红旗，贺德馨.列车交会压力波三维数值的计算[J].铁道学报，
2001，23(3)：18-22.
[6]Tian Hongqi，He Hua.Influence of various factors on the air pres-
sure pulse from passing trains[J].International Journal of Heavy Vehicle Systems，2005，12(1)：60-68.
[7]田红旗，姚松，姚曙光.列车交会压力波对车体和侧窗的影响
[J].中国铁道科学，2000，21(4)：6-12.
[8]张健.高速列车最佳头部外形的进一步研究[J].电力机车与城
轨车辆，2005，28(2)：5-8.
[9]张健.高速列车动车头形风洞实验研究[J].流体力学实验与测
量，1997，11(2)：85-89.
[10]梁习锋，田红旗，邹建军.动车组纵向气动力风洞实验及数值
模拟[J].国防科技大学学报，2003，25(6)：101-105.
[11]姚拴宝，郭迪龙，杨国伟，等.高速列车气动阻力分布特性研
究[J].铁道学报，2012，3(7)：18-23.
[12]田红旗，周丹，许平.列车空气动力学性能与流线型头部
外形[J].中国铁道科学，2006，27(3)：47-55.
[13]张经强，梁习锋.高速列车外形的气动性能数值计算和头部外
形的改进[J].计算力学学报，2003，20(5)：631-635.
[14]李志伟，梁习锋，张健.竖井对隧道内瞬变压力影响的研究
[J].中南大学学报(自然科学版)，2011，42(8)：2514-2519．[15]李志伟，梁习锋，张健.横通道对缓解隧道瞬变压力的研究
[J].铁道科学与工程学报，2010，7(4)：37-41．
[16]李志伟.辅助工程措施对隧道空气动力效应影响的研究[D].
长沙：中南大学，2007.
[17]余南阳，梅元贵.高速铁路隧道压力波动主要影响参数研究[J].
中国铁道科学，2003，24(6)：67-69.
[18]田红旗.中国恶劣风环境下铁路安全行车研究进展[J].中南大
学学报（自然科学版），2010，6：2345-2442.
[19]高广军.强侧风作用下列车运行安全性研究[D].长沙：中南大
学交通运输工程学院，2008.
[20]任尊松，徐宇工，王璐雷，等.强侧风对高速列车运行安全性
影响研究[J].铁道学报，2006，28(6)：46-50.
[21]田红旗.风环境下的列车空气阻力特性研究[J].中国铁道科
学，2008，29(5)：108-112.
[22]苗秀娟，高广军.不同风向角和地面条件下的列车空气动力
性能分析[J].机车电传动，2006(3)：33-35.
[23]苗秀娟，高广军.基于DES的车辆横风气动性能模拟[J].中南
大学学报(自然科学版)，2012，43(7)：2855-2860.
[24]周丹，田红旗，鲁寨军.大风对路堤上运行的客运列车气动
性能的影响[J].交通运输工程学报，2007，7(4)：6-9.
[25]熊小慧，梁习锋，高广军，等.兰州—新疆线强侧风作用下车
辆的气动特性[J].中南大学学报（自然科学版），2006，37(6)：1183-1188.
[26]周丹，田红旗，杨明智，等.强侧风下客车在不同路况运行
的气动性能比较[J].中南大学学报(自然科学版)，2008，39
(3)：554-559.
[27]Liu Hui，Tian Hongqi，Li Yanfei.Short-term forecasting opti-
mization algorithms for wind speed along Qinghai—Tibet rail-
way based on different intelligent modeling theories[J].Journal
40
中国工程科学
of Central South University of Technology，2009，16(4)：690-696.
[28]Liu Hui，Tian Hongqi，Chen Chao，et al.A hybrid statistical
method to predict wind speed and wind power[J].Renewable Energy，2010，35(8)：1857-1861.
[29]刘辉.青藏铁路运行安全保障系统大风预测优化算法及推
广应用研究[D].长沙：中南大学交通运输工程学院，2008. [30]刘辉，田红旗，李燕飞.基于小波分析法与滚动式时间序列
法的风电场风速短期预测优化算法[J].中南大学学报（自然科学版），2010，41(1)：370-375.
[31]潘迪夫，刘辉，李燕飞，等.青藏铁路格拉段沿线风速短时
预测方法[J].中国铁道科学，2008，29(5)：129-133.
[32]高广军，田红旗，姚松，等.兰新线强横风对车辆倾覆稳定性
的影响[J].铁道学报，2004，26(4)：36-40.
[33]Suzuki M，Tanemoto K，Maeda T.Aerodynamic characteristics
of train/vehicles under cross winds[J].Journal of Wind Engi-neering and Industrial Aerodynamics，2003，91：209-218. [34]Bettle J，Holloway A G L，Venart J E S.A computational study
of the aerodynamic forces acting on a tractor-trailer vehicle on a bridge in cross-wind[J].Journal of Wind Engineering and Indus-
trial Aerodynamics，2003，9：573-592.
[35]马淑红，马韫娟.瞬时风速对高速列车安全运行的影响及其
控制[J].铁道工程学报，2009(1)：11-16.
[36]葛盛昌，蒋富强.兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风
效果分析[J].铁道工程学报，2009(5)：1-4.
[37]韩万水，陈艾荣.风环境下行驶于大跨度桥梁上的车辆安全
评价及影响因素研究[J].空气动力学学报，2008，26(4)：466-
472.
[38]郭迪龙，姚拴宝，刘晨辉，等.高速列车受电弓非定常气动特
性研究[J].铁道学报，2012，34(11)：16-21.
[39]田志军.电气化铁路接触网防风技术研究[J].建设机械技术与
管理，2007(7)：100-103.
[40]王前选，梁习锋，刘堂红，等.高速列车车体气动载荷疲劳强
度实验装置研究[J].中南大学学报（自然科学版），2014，45
(8)：2885-2890.
[41]王前选，梁习锋，高广军.高速列车车体交变气动载荷实验装
置研究[J].铁道学报，2013，35(8)：29-34.
[42]王前选，梁习锋，任鑫.列车高速通过隧道时车内压力波模
拟实验研究[J].中南大学学报（自然科学版），2014，45(5)：1699-1704.
Development of research on aerodynamics of high-speed rails
in China
Tian Hongqi
(1.Key Laboratory of Traffic Safety on Track of Ministry of Education，Central South University，Changsha
410075，China；2.School of Traffic&Transportation Engineering，Central South University，Changsha
410075，China)
[Abstract]The paper summarizes start，growth，accumulation，development，improvement，
and leadership of the research on aerodynamics of high-speed rails in China，which focuses on
train aerodynamics，vehicle-track-bridge-tunnel coupling aerodynamics，vehicle-wind-sand-rain-
snow environmental aerodynamics，pantograph-catenary aerodynamic and body aerodynamics.
It is devoted to finding the mechanism of formation，building fundamental theorem，creating
technical breakthrough，proposing measures to tackle aero dynamical problems which pose a
threat to development of high-speed railways and safety of operation，and realizing their engi-
neering application.The paper introduces a series of experimental platforms for testing aerody-
namics of high-speed rails and novel experiments we have accomplished，including moving ve-
hicle model tests，human comfort/vehicle body stiffness/air tightness tests under alternating
pressure，aero dynamical experiments in wind/sand/rain/snow coupling environment，vision in-
spection systems，experimental platform for full-scale vehicles，private/public wind tunnel and
high-availability clusters for numerical simulation.Finally it discussed the ongoing research
and our thoughts about further development.
[Key words]rail aerodynamics；high-speed rails；experimental platforms；research develop-
ment；train aerodynamics；train/tunnel coupling aerodynamics；train/wind coupling aerody-
namics；pantograph-catenary aerodynamics；human aerodynamics
41
我国城市轨道交通发展史
国内外轨道交通发展概况 ——《轨道交通信号与控制专业概论》课程论文 专业：轨道交通信号与控制 年级： 姓名： 学号： 2013.11 世界轨道交通的起源 在16世纪前，城市交通的发展只是表现为城市道路网的不断修建与完善，其交通形式则一直是步行、骑马和马车出行，直到16世纪中期的罗马时代才出现了公共交通。随着城市规模的逐渐扩大，对公共交通运输能力的要求也在不断提高，轨道马车应运而生。1832年，在美国纽约市的曼哈顿街道上铺设了轨道并开始运行有轨公共马车，这就是城市轨道交通的雏形。到1861年，伦敦的街道上也有了有轨马车。 自1765年英国人瓦特发明了蒸汽机，带领人类进入了“蒸汽机时代”。人们为了追求高效率的交通运输工具，把蒸汽机发明应用到车辆设计中制造出了蒸汽汽车。就在第一辆蒸汽汽车出现不久，英国人理查德·特里维西克根据蒸汽汽车工作原理，经过探索、研究和改进，终于在1804年制造了一台单气缸和大飞轮的蒸汽机车，能够牵引5辆车厢以在轨道上行驶，这就是在轨道上形式的最早的机车，因为用煤炭木柴作为燃料，人们就把它叫做“火车”。之后的几年，人们逐渐识到火车是一种很有前途的交通运输工具，并于1825在英国的斯托克顿与达林顿之间开设了世界上第一条营业铁路。从此以后，火车就以速度快、运载能力强逐渐在世界范围得到了广泛应用与快速发展。随着牵引动力的改革，铁路发展速度加快，到一战爆发前夕，全世界就已经修建铁路达上百万公里。 随着城市人口及车辆的增加，在平交道口出现了交通的阻塞，这种情况在较大城市非常严重。交通的拥堵使人们想到了将交通铁路线往地下发展，以便很好地解决客流膨胀与土地紧张的问题。19世纪中叶的英国伦敦交通十分拥堵。1843年，有“地铁之父”之称的英国律师查尔斯·皮尔逊建议修建地铁。进过了20年的酝酿和建设，世界上第一条快速轨道交通地下线（地铁）与1863年1月10日在轮动正式运营。它标志着城市轨道交通在世界上诞生。用明挖法施工的伦敦地铁，通车时采用蒸汽机车牵引，线路全场6.5km。由于列车在地下隧道内运行，尽管隧道里烟雾熏人，但当时的伦敦市民甚至是皇亲显贵们都乐于乘坐这种地下列车，因为在拥挤不堪的伦敦地面街道上乘坐公共马车，其条件和速度还不如地铁列车。世界第一条地下铁道的诞生，为人口密集的大都市发展公共交通取得了宝贵经验。从1893年到1900年期间，修建地铁的就有5个国家7个城市，，英国伦敦，美国格拉斯哥、纽约和波士顿、匈牙利布达佩斯、奥地利维也纳和法国巴黎。20世纪初的欧美地区，包括德国柏林和汉堡、美国费城、西班牙马德里等9座大城市又像机修了地铁。从此，城市交通步入了轨道交通时代。 1831年英国物理学家法拉第在试验中发现电磁感应现象，并制造出第一台发电机，把人类社会带入了电的世界，当时最成功地利用电能最为动力的交通工具要算是有轨电车了。而1881年，德国研制出架空接触导线供电系统，使电动车辆的供电线路由地面转向空中，电动车辆的电压和功率都大大提高。1890年，英国首次用电力机车牵引车辆。地下铁道也改用电力牵引，地铁的环境条件得到了大大改善。 世界轨道交通的发展和现状 从1863年第一条地铁线路在英国伦敦建成投入运营以来，轨道交通的诞生和发展已经有了
空气动力学
空气动力学 崔尔杰* (中国航天科技集团第701研究所) 本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动 力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。 一、 空气动力学与航空航天飞行器发展 空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是 航空航天最重要的科学技术基础之一。 1． 空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展 1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。为 了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m 2 的小型风洞。正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。 20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了 低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。 1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是 空间时代的开始。美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。这一时期，空气动力研究方面的另一项重要成就是“超临界机殿”新概念的提出，它可以显著提高机翼的临界马赫数。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用，是空气动力学的又一重要成果。它直接导致了第三代高机动性战斗机的产生，如美国的F-15、F-16，苏联苏-27、米格-29和法国的“幻影2000”。
城市轨道交通发展现状
机械与车辆学院交通工程专业报告 我国城市轨道交通的发展模式 指导老师： 班级： 姓名： 学号： 成绩：
我国城市轨道交通的发展模式 摘要：通过分析欧洲先进城市轨道交通系统的发展过程，探讨了在我国发展中等运量的综合轨道交通系统的可能性。 关键词城市交通轨道交通综合交通模式 In urban rail transit of China model of development Abstract: through the analysis of advanced European urban rail transit system development process, the paper discusses the development of traffic volume in medium comprehensive rail transit system in the possibility. Key words：city traffic ;rail transit ;comprehensive; traffic mode
目录 摘要 (2) 一城市轨道交通发展的现状 (4) 二中等运量的综合轨道交通系统 (8) 1.运量 (8) 2.适用范围 (8) 3.线路型式 (8) 4.车辆 (9) 5.运营管理 (9) 6.车站规模 (10) 7.车场 (10) 三结论与展望 (11)
一城市轨道交通发展的现状 随着我国经济的发展和人口的增长，大城市交通状况日趋恶化，简单的阔路增车方法已解决不了城市的这一重大问题。世界上一些城市的发展由于没有找到解决城市交通的有效方法而趋于崩溃，私有车辆的增长使这种影响更趋恶化，尤其当交通状况到了趋于停滞的边缘时，用其他方式代替公共交通将负担不起或不太可能。因此研究一种基于我国国情的、既经济又实用的城市轨道交通系统的确迫在眉睫。 改善城市交通的拥挤状况是一项投资宏大的工程。同时也是摆在市政府面前的一个不可回避的现实问题。事实证明，建设高效的公共交通系统(公共汽车和轨道交通)是改善城市交通状况的根本途径，其中轨道交通系统又是一条最有效的途径，因为轨道交通系统使用专用的道路，可以保证快速、准点、安全和没有污染，这一点在中国及亚洲的大城市体会更深。然而，选择哪种公共交通系统并不是一件简单的工作。因为轨道交通与公共汽车的差异不仅是在运量上，更重要的是建设投资和运行成本。上海地铁1号线长16.1km，造价为6.2亿/km。广州地铁1号线长18km，造价为7.6亿/km。如此高的投资，使许多城市对地铁的发展望而生畏。对此，除了在建设标准和国产化方面需要重新反思外，轨道交通多种形式的最优配置问题，也是应该予以重视的重要方面。 城市轨道交通可进一步分为有轨电车、轻轨和地铁。随着城市基础建设项目的增加及工程预算的消减，我们一直在寻找一条有效的轨道交通途径，既要投资少、降低运行费，又要安全可靠、满足客运要求。目前中国建设地铁的城市人口均在300～400万以上，属特大型城市。人口密度高、城市公共交通运量很大的城市，建设大运量的地铁系统是十分必要的。但是单一的地铁方案，不仅运量浪费大(图1)，而且投资运量比也不合理。尤其在100～200万人口的城市里，公共交通运量相对要小一些。因此，是否可以探求一种中等运量的轨道交通模式呢?尤其是在当前资金筹措比较困难的情况下，如何能做到既要建设轨道交通，又要少花钱呢？我们现在必须冷静地面对当前的地铁热，鼓励发展有轨电车和轻轨。实际上亚洲和世界的许多城市也都碰到了同样的问题：一方面地铁方案是技术成熟、环境最优的解决方案，另一方面全面的地铁网不仅投资巨大，而且运能又高于实际要求。所以应该找出这样一个解决方案：在满足运量要求的前提下，选择投资运量比合理的轨道交通方案。
中国城市轨道交通发展及现状调查报告
中国城市轨道交通发展及现状调查报告 关于《中国城市轨道交通发展及现状调查报告》，是我们特意为大家整理的，希望对大家有所帮助。 公共交通常用名词术语》中，将城市轨道交通定义为“通常以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统（有别于道路交通），主要为城市内（有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围）公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。 二、调查的基本情况 （一）调查目的 1、了解我国城市轨道的历史发展概况 2、了解我国城市轨道的现状及存在问题 3、了解我国城市轨道发展对城市经济发展的，包括对装备制造业、就业、城市空间布局、城市环境等的影响。 （二）调查方法 本报告针对中国城市轨道交通的发展、现状及对社会的影响展开调查。调查采取从网上搜寻大量资料并进行筛选总结的方法进行。 （三）项目执行 调查时间：自2013年11月12日至11月15日。 三、调查结果 （一）中国各大中城市的轨道交通发展历史（即已建成通车的城轨交通）1908年，我国第一条有轨电车在上海建成通车，揭开了中国城市轨道交通建设的序幕。随后，大连、天津、沈阳、北京、哈尔滨等城市相继修建了有轨电车线路，也在当时的城市公共交通中发挥了骨干作用。旧式有轨电车行驶在道路中间，与其他车辆混行，运行速度不高，正点率低，。随着汽车工业的发展，城市道路面积明显地不够用。到了20世纪50年代，中国各大城市开始相继拆除旧式有轨电车，到50年代末，只有大连、长春、鞍山等个别城市保留至今。 由于人口及汽车的猛增，有限的城市道路面积和无限增长的汽车数量产生了尖锐矛盾。城市轨道交通再次进入规划者的视野。 中国的地铁始建于1965年。 1965年北京地铁中国最早的地铁线路 1965年7月1日，北京的第一条地铁开工，1969年10月1日第一条地铁线路建成通车，使北京成为中国第一个拥有地铁的城市。目前北京在建地铁有4、5、10、奥运支线、机场特铁，2008年长度达200公里。2007年12月24日是北京地铁1号线和13号线缩短高峰运行间隔的第一天，地铁全网客运量突破300万，达到3018347人次，全线开行列车2306列，其中加开临客82列。至此，北京地铁成为中国大陆第一个日客流超过300万人次的地铁系统。 1984年12月28日建成通车，天津规划地铁系统总长度227公里，预计到2010年将累计实现轨道交通通车总里程130公里。 上海轨道交通建设始于1990年初。截至2008年底，运营线路总长236公里，车站总计162座。覆盖13个行政区域，线网规模位列全国之首;2008年上海轨道交通共运送乘客
城市轨道交通发展现状及未来趋势
城市轨道交通发展现状及未来趋势 国向外城市轨道交通的现状与发展趋势 随着我国城市化和机动化进程的加快，交通: 摘要拥堵问题已成为当前我国各大城市发展 的“瓶
颈”。如不能有效地解决城市交通问题。将严重影响大城市的可持续发展。但是，解决大城市交通问题要有前瞻性，要结合我国国情以及各大城市自身特点来确定大城市交通的发展战略。通过近几年对轨道交通的亲自参与和了解认识，现分析一下我国轨道交通的发展现状、特点、问题和发展趋势。关键词：轨道交通，发展现状，未来趋势，问题及原因，建设历程 1、前言 21世纪以来，具有节能、快捷和大运量特征
的城市轨道交通建设愈趋受到众多城市的 关注。城市轨道交通是采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、有轨电车、单轨系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统和磁浮系统。由于畅通、高效、可靠的交通出行不仅是出行者选择出行方式的基础，更是城市交通管理者追求的目标，所以，城市轨道交通凭借快速、便捷、安全、运量大和运输效率高等特性，成为城市公共交． 通的重要组成部分。在中国已经运营轨道交通的城市中，越来越多的居民选择乘坐轨道交通出行。[1]
2、国内轨道交通建设历程 起步——２０世纪５０年代，我国开始筹备北京地铁网络地铁建设，在１９６５－１９７６年建设了北京地铁一期工程（５４Ｋｍ）。随后建设了天津地铁（７．１Ｋｍ，现已拆除重建）、哈尔滨人防隧道等工程。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想。 发展——１９８０年代末至９０年代初，我国仅有上海、北京、广州等几个大城市规划建设轨道交通。该阶段地铁建设开始真正
中国轨道交通发展史
中国轨道交通发展史概述 城市轨道交通的类型 城市轨道交通系统是指服务于城市客运交通，通常以电力为动力、轮轨运行方式为铁证的车辆或列车与轨道等各种设施的总和。它具有运能大、速度快、成本低、节约能源以及能缓解地面交通拥挤和有利于环境保护等优点。自19世纪中叶，世界上先后出现城市地下铁与有轨电车以来，经过100多年的研究开发、建设与运营，城市快速轨道交通系统已经形成多种类型并存与发展的状态。 按基本技术特征分类 根据城市轨道交通系统基本技术特征的不同，城市轨道交通系统主要有是市郊铁路、地下铁路、轻轨交通、独轨交通和自动导向交通系统等类型。 1.市郊铁路市郊铁路是连接城市市区和郊区，以及连接城市周围几十公里甚至更大范围的卫星诚镇或城市圈的铁路，但它往往又是连接大中城市干线的一部份，因此具有干线铁路的特征，如轨道通常是重型的。与城市轨道交通系统中的地下铁等其他类型不停，在市郊铁路上通常是市郊旅客列车与干线旅客列车和货物列车混跑。 2.地下铁路顾名思义，地下铁路是修建在地下隧道的铁路。这样离家，也许在地下铁路修建的初期没什么不妥，但现在定义一个系统为地下铁路，并不要求该系统的线路全部修建在地下隧道里。对全世界各国地下铁系统进行分类研究可知，，地下铁路可分为重型地铁、轻型地铁和微型地铁3种类型。重型地铁就是传统的普通地铁，轨道基本采用干线铁路技术标准，线路以地下隧道和高架线路为主，仅在郊区地段采用地面线路，路权专用，运量大。轻型地铁是一种在轻轨线路、车辆等技术设备工艺基础上发展起来的地铁类型，路权专用，运量较大通常高站台。微型地铁，有称小断面地铁，隧道断面、车辆轮经和电动机尺寸均小于普通地铁，路线专用，运量中等，行车自动化程度较高。 3.轻轨铁路轻轨铁路的含义是指就车辆对轨道是假的荷载而言，轻轨车辆与郊区列车或地下铁道车辆相比较轻。轻轨是从旧式有轨电车系统发展演变而来的，早期的轻轨系统一般是直接对旧式有轨电车系统改建而成，20世纪70年代后期一些国家开始修建全新的现代轻轨系统。现代轻轨系统与旧式有轨电车相比，具有行车速度快、乘坐舒服、噪音较低等特点。同样，对世界各国轻轨接近于轻轨系统进行分类研究，轻轨也存在多种技术标准并存发展的情况。高技术标准的轻轨及五金与轻轨地铁，而低技术标准的轻轨则接近于有轨电车。 4.独轨电车独轨是车辆或列车在单一轨道上运行的城市客运交通系统。独轨的线路采用高架结构，车辆则大多采用橡胶轮胎。从构造型式上可分为跨骑式独轨与悬挂式独轨两种。跨骑式独轨是列车跨坐在轨道梁上运行的型式，而悬挂式独轨则是悬挂在轨道梁下的运行型式。 5.自动导向交通系统自动导向交通系统在一些文献资料中称为新交通系统，当然是指狭义的新交通系统。这种交通系统的主要特征是轨道采用混凝土道床、车辆采用橡胶轮胎，有一组导向轮引导车辆运行，列车运行自动控制，可实现无人驾驶等。
《空气动力学基础》绪论
EXIT 1/70 流体力学研究所张华空气动力学基础 教材：1. 钱翼稷编著《空气动力学》 2. 陈再新等编著《空气动力学》主讲：航空科学与工程学院张华教授 电话：82313570（h ） E-mail: huazhang5@https://www.wendangku.net/doc/dd11025100.html, 空气动力学I EXIT 2/70 流体力学研究所张华 学习本课的几点要求 ?认真听讲，适当笔记-------空气动力学绝不是一门仅仅依靠自学和期末的几周突击就能学好的课程（提供课件）；?积极思考，及时消化-------空气动力学概念多、方法新、公式多和大，但都具有明确的物理意义和实际的工程应用背景，需要紧密结合物理含义、运用数理基础和力学知识，认真消化吸收，完全能够很好掌握； ?回答随机提问；注意章末重点；必要时做简单测验；及时进行答疑；认真完成作业；旷课将会扣分。 EXIT 3/70流体力学研究所张华 绪论 三、空气动力学的发展进程简介四、空气动力学的分类与研究方法 二、空气动力学的研究对象一、几个基本的空气动力学问题EXIT 4/70 流体力学研究所张华 一、几个基本的空气动力学问题 人类的祖先在海洋里生活了40亿年。 流体力学研究所张华人类在空气里也生活了700万年。 流体力学研究所张华 虽然生活在流体环境中，人们对一些流体运动现象却缺乏认识，比如： 1. ：表面光滑还是粗糙？高尔夫球 2. ：来自前部还是后部？汽车阻力 3. ：来自下部还是上部？ 机翼升力
EXIT 7/70 高尔夫球运动起源于15世纪的苏格兰。 EXIT 8/70 起初，人们认为表面光滑的球飞行阻力小，因此当时用皮革制球。 最早的高尔夫球（皮革已龟裂） EXIT 9/70流体力学研究所张华后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。 这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。 EXIT 10/70 流体力学研究所张华 后来发现表面有很多划痕的旧球反而飞得更远。 这个谜直到20世纪建立流体力学边界层理论后才解开。 光滑的球表面有凹坑的球 流体力学研究所张华现在的高尔夫球表面有许多窝，在同样大小和重量下，飞行距离为光滑球的5倍。 流体力学研究所张华 汽车阻力汽车发明于19世纪末。
我国城市轨道交通发展趋势分析
我国城市轨道交通发展趋势分析 [摘要]城市不断地发展和壮大，使得区域间人员流动日益增多，城市交通流量迅速扩大。有限的城市土地资源无法满足持续增长的地面交通道路需求，于是城市轨道交通营运而生。本文将在回顾梳理城市轨道交通精彩的发展历程的基础上，对我国城市轨道交通中存在的问题进行分析，对其发展趋势进行展望。 [关键词]城市轨道交通；问题；发展趋势；分析 [DOI]10.13939/https://www.wendangku.net/doc/dd11025100.html,ki.zgsc.2015.04.053 城市轨道交通已成为现代化城市的重要标志，“地铁上的城市”已成为城市现代化的基石。随着我国城镇化进程的加快，更是为轨道交通插上了飞速发展的翅膀，成为真正的朝阳产业。伴随着政府适时提出并且制定了一系列国产化政策城市轨道交通建设，将不断促进相关产业的技术创新发展。 1我国城市轨道交通发展历程 城市轨道交通是以电能为动力，通过铺设固定轨道线路，采取轮轨运转方式，配备专用运输车辆以及专业服务设施，主要用于城市区域内客运服务的快速大运量公共交通设施。其具有运量小、速度慢、污染大等多方面的缺点也不能有效解决城市交通的可持续发展问题。因此，具有运量大、速度快、舒适性好、安全性高、节能环保等优势按照车辆类型、技术参数以及运送范围等不同特征，城市轨道交通可以分为轻轨、地铁、有轨电车、单轨以及磁悬浮列车等。 我国城市轨道交通发展用16年时间历程。起步阶段，于1965年北京地铁1号线，目前已有50多年的发展历史，经历了不同的发展阶段，呈现出不同的发展趋势。开始建设阶段，20世纪80年代末至90年代初，北京、上海、广州等特大城市，真正以城市交通为目的的地铁项目开始建设。建设高潮开始阶段，20世纪90年代，沈阳、天津、南京、重庆开始计划建设轨道交通项。调整阶段，1997年年底，提出以深圳地铁1号线（19.5km）、上海轨道交通3号线（24.5km）和广州地铁2号线（23km）开始启动。建设高潮阶段，1999年之后，全国已建和在建轨道交通项目的城市有10个，超过前30年建设度和规模。 2城市轨道交通发展问题 2.1规划不合理 轨道交通因为交通设施的不同，存在着不可移植性等特点。这种特点就导致了在规划阶段如果规划不合理，就不能发挥规划引导作用。部分规划不合理的城市轨道交通，因为布局不尽合理，丧失了对于城市交通压力缓解的作用，不能起到应有的作用，有的时候甚至造成交通堵塞。
空气动力学
空气动力学 崔尔杰* (中国航天科技集团第701研究所) 本文简要回顾空气动力学发展的历史及其在航空航天飞行器研制中的作用，对现代空气动力学新的发展趋势和新一代航天飞行器研制中可能遇到的关键气动力问题进行探讨和分析，并对今后发展提出看法。 一、空气动力学与航空航天飞行器发展 空气动力学是研究空气和其他气体的运动规律以及运动物体与空气相互作用的科学，它是航空航天最重要的科学技术基础之一。 1．空气动力学推动20世纪航空航天事业的发展 1903年莱特兄弟研制成功世界上第一架带动力飞机，实现了人类向往已久的飞行梦想。为了研制这架飞机，他们进行过多次滑翔试验，还为此建造了一座试验段为0.01m2的小型风洞。正是这些努力，加上综合运用早期的空气动力学知识，最终获得了成功。 20世纪初，建立在理想流体基础上的环量和升力理论以及普朗特提出的边界层理论奠定了低速飞机设计基础，使重于空气的飞行器成为现实。40年代中期至50年代，可压缩气体动力学理论的迅速发展，以及对超声速流中激波性质的理论研究，特别是跨音速面积积律的发现和后掠翼新概念的提出，帮助人们突破“音障”，实现了跨音速和超音速飞行。50年代中期，美、苏等国研制成功性能优越的第一代喷气战斗机，如美国的F-86、F-100，苏联的米格-15、米格-19等。50年代以后，进入超音速空气动力学发展的新时期，第二代性能更为先进的战斗机陆续投入使用，如美国的的F-4、F-104，苏联的米格-21、米格-23，法国的幻影-3等。 1957年苏联发射第一颗地球人造卫星和1961年第一艘载人飞船“东方号”升空，被认为是空间时代的开始。美、苏两国在战略导弹和航天器发展方面的激烈角逐，促使超音速和高超音速空气动力学得到迅速发展。两个超级大国都投入巨大力量，致力于发展地面模拟设备，开邻近高超出音速空气动力学和空气热力学的研究。航天方面的研究重点放在如何克服由于高超音速飞行和再入大气层，严重气动加热所引起的“热障”问题上在钱学森先生倡导下诞生了一门新的学科，即物理力学，为航天器重返大气层奠定了科学基础。航空方面的研究重点则放在了发展高性能作战飞机、超音速客机、垂直短距起落飞机和变后掠翼飞机。这一时期，空气动力研究方面的另一项重要成就是“超临界机殿”新概念的提出，它可以显著提高机翼的临界马赫数。20世纪70年代后，脱体涡流型和非线性涡升力的发现和利用，是空气动力学的又一重要成果。它直接导致了第三代高机动性战斗机的产生，如美国的F-15、F-16，苏联苏-27、米格-29和法国的“幻影2000”。
中国城市轨道交通发展及现状调查报告
中国城市轨道交通发展及现状调查报 告
中国城市轨道交通发展及现状调查报告 篇一：城市轨道交通发展及现状调查报告 一、调查背景 当前，中国大中城市普遍存在着道路拥挤、车辆堵塞、交通秩序混乱的现象，已成为城市发展的“瓶颈”问题。随着中国城市规模和经济建设飞速的发展，城市化进程在逐步加快，城市人口在急剧增加，大量流动人口涌进城市，人员出行和物资交流频繁，交通需求急剧增长，城市交通供需矛盾日趋紧张。发展以轨道交通为骨干，以常规公交为主体的公共交通体系，为城市居民提供安全、快速、舒适的交通环境，引导城市居民使用公共交通系统是国外大城市解决城市交通问题的成功经验，也是中国大城市解决交通问题的惟一途径。城市轨道交通定义：城市中使用车辆在固定导轨上运行并主要用于城市客运的交通系统称为城市轨道交通。在国家标准《城市公共交一般见名词术语》中，将城市轨道交通定义为“一般以电能为动力，采取轮轨运输方式的快速大运量公共交通的总称”。一般而言，广义的城市轨道交通是指以轨道运输方式为主要技术特征，是城市公共客运交通系统中具有中等以上运量的轨道交通系统（有别于道路交通），主要为城市内（有别于城际铁路，但可涵盖郊区及城市圈范围）公共客运服务，是一种在城市公共客运交通中起骨干作用的现代化立体交通系统。 二、调查的基本情况
（一）调查目的 1、了解中国城市轨道的历史发展概况 2、了解中国城市轨道的现状及存在问题 3、了解中国城市轨道发展对城市经济发展的，包括对装备制造业、就业、城市空间布局、城市环境等的影响。 （二）调查方法本报告针对城市轨道交通的发展、现状及对社会的影响展开调查。调查采取从上搜寻大量资料并进行筛选总结的方法进行。 （三）项目执行调查时间：自XX年11月12日至11月15日。 三、调查结果 （一）各大中城市的轨道交通发展历史（即已建成通车的城轨交通） 19 ，中国第一条有轨电车在上海建成通车，揭开了城市轨道交通建设的序幕。随后，大连、天津、沈阳、北京、哈尔滨等城市相继修建了有轨电车线路，也在当时的城市公共交通中发挥了骨干作用。旧式有轨电车行驶在道路中间，与其它车辆混行，运行速度不高，正点率低，。随着汽车工业的发展，城市道路面积明显地不够用。到了20世纪50年代，各大城市开始相继拆除旧式有轨电车，到50年代末，只有大连、长春、鞍山等个别城市保留至今。 由于人口及汽车的猛增，有限的城市道路面积和无限增长的汽车数量产生了尖锐矛盾。城市轨道交通再次进入规划者的视
直升机空气动力学现状和发展趋势
直升机空气动力学现状 二级学院：航空维修工程学院 班级：航修六班 学号：14504604 姓名：李达伦 日期：2015年6月30日
直升机空气动力学现状 （航修六班14504604 李达伦） 摘要：直升机空气动力学是直升机技术研究及型号研制的基础性学科和先进学 科，本文概述了国外的直升机气动理论与方法研究、基于气动理论和方法的应用基础研究、直升机气动试验技术的研究现状。 关键词：空气动力学；直升机 Abstract：Aerodynamics of helicopter is a helicopter technological research and model development of basic disciplines and advanced subject. This paper summarizes the foreign helicopters gas dynamic theory and method of research, based on the aerodynamic theory and methods of applied basic research, helicopter aerodynamic test technology research status. Key word：Air dynamics; helicopter 1 前言 飞行器的设计和研制必须以其空气动力学为主要依据，这是飞行器研制区别 于其它武器平台的典型特征。直升机以旋翼作为主要的升力面、推力面和操纵面， 这种独特的构型和旋翼驱动方式，更使其气动特征具有复杂的非定常特征，其气 动分析和设计技术固定翼飞行器更具挑战性。 直升机气动研究是指认识直升机与空气之间作用规律、解释直升机飞行原 理、获取提升直升机飞行能力和效率的新知识、新原理、新方法的研究活动，其 主要任务是获得直升机的空气动力学特性[1]。由于直升机气动特征性直接决定了 型号飞行性能、振动特性、噪声水平，且是结构设计、寿命评估等的直接依据， 因此直升机气动研究是直升机技术研究的重要方面，更是型号研制的基础。尤其 是要实现舒适、安全、便利、快捷的直升机型号研制目标，直升机空气动力学将 体现其核心推动作用。 2 内容和范围 直升机空气动力学专业发展涵盖的内容和范围主要有直升机气动理论与方 法的研究、基于气动原理的应用基础研究以及气动特性试验研究三大内容。 直升机气动理论与方法的研究重点关注旋翼与周围空气相互作用现象及机 理的分析模型和方法，通过对气动理论和方法的研究，实现对直升机及其流场的 深入了解，以准确地计算其空气动力学特性。 气动应用研究是指基于气动理论和方法，以直升机研制为目标所展开的应用 基础研究，涵盖气动特性、气动弹性、气动噪声、结冰模拟、流动控制等应用领
城市轨道交通发展现状与趋势
摘要：２１世纪以来，具有节能、快捷和大运量特征的城市轨道交通建设愈趋受到众多城市的关注。本文通过系统地梳理国内外轨道交通发展的现状与趋势，给国内二线城市的轨道交通建设与规划提出借鉴与启示 关键词：城市轨道交通；地铁；轻轨 １城市轨道交通发展综述 １．１国外城市轨道交通发展历程 世界上城市快速轨道交通建设已有１４０多年的历史，经历了兴盛、衰退和复兴这样一个螺旋式的发展过程。 诞生（１８６３－１９２４） 第一条地下式铁路运营路线于１８６３年在伦敦通车，此后欧美城市纷纷借鉴，城市轨道交通得到了较快发展。其间，有１３个城市建设了地铁，还有很多城市开始发展有轨电车。 停滞（１９２４－１９４９） 战争的爆发以及汽车工业的发展，轨道交通因投资高、建设周期长而导致了停滞和萎缩。这一阶段只有５个城市发展了地铁，有轨电车也停滞不前，有些线路还被拆除。 逐步发展（１９４９－１９６９） 二战后，各国小汽车快速发展，造成了严重的交通问题，诸如道路拥挤、停车困难，影响经济活动及其发展。这一时期，城市轨道交通又得到了重视，从欧美扩充到南美和亚洲，如巴西、日本、中国等，二十年间共有１７个国家新建了地铁。
高速发展（１９７０年至今） 世界上许多国家都确定了发展轨道交通的方针，立法解决轨道交通的资金来源问题，同时，技术的发展促进了轨道交通的发展。轨道交通又扩展到了大洋洲的澳大利亚。 １．２国内轨道交通建设历程 起步——２０世纪５０年代，我国开始筹备北京地铁网络地铁建设，在１９６５－１９７６年建设了北京地铁一期工程（５４Ｋｍ）。随后建设了天津地铁（７．１Ｋｍ，现已拆除重建）、哈尔滨人防隧道等工程。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想。 发展——１９８０年代末至９０年代初，我国仅有上海、北京、广州等几个大城市规划建设轨道交通。该阶段地铁建设开始真正以城市交通为目的。 政府调控——进入上世纪９０年代，一批省会城市开始筹划建设轨道交通项目，纷纷进行地铁建设的前期工作。由于要求建设的项目较多且工程造价高，１９９５年１２月国务院发布国办６０号文，暂停了地铁项目的审批。同时，国家计委开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策。该阶段为政府通过研究制定相应政策来指导地铁的规划建设。 建设高潮——１９９９年以后，国家的政策逐步鼓励大中城市发展城市轨道交通，全国己建有轨道交通的城市达１０个，新申请立项准备建设的城市有８个。该阶段地铁建设速度大大超过之前的３０年。 ２建轨道交通城市特征比较 ２．１国内以大城市与省会城市为主
轨道交通产业发展现状详解
我国轨道交通产业发展现状及前景分析 2015-06-26 14:55:05来源：中国检测网阅读: 6497 次 一、我国轨道交通产业发展现状 在铁路轨道交通方面，自2008年，我国在大规模的铁路建设投资的带动下，铁路制造业呈逐年高速增长的态势。在5年内，全国电力机车、货车的保有量增长了50%，产值年均增幅近30%,远远高于世界2%的平均增速。2008年实现产值1285.1亿元,同比增长了29.8%; 2012年实现产值3540亿元，同比增长16.3%;比2008年增长了2.8倍。 在2013年12月28日，厦深铁路、西宝高铁、柳南客专、衡柳铁路、渝利铁路、广西沿海铁路等7条铁路开通运营。至此，我国铁路营运里程突破10万公里，时速120公里及以上线路超过4万公里，其中时速160公里线路超过2万公里;高速铁路突破1万公里，在建规模1.2万公里，使我国成为了世界上高速铁路运营里程最长、在建规模最大的国家。 中国铁路总公司表示，2014 年全年建设目标将全面完成，其中，64个新项目的密集开工将是2014年铁路投资的重要亮点。国内铁路市场还面临着多重积累因素，包括高铁客流快速增长使动车组需求预期向上修正、各地积极推动城际铁路建设、铁路产业基金等投融资改革措施正在落定等。在主要经济体增长乏力的背景下，全球轨道交通装备市场在2013年突破了1,600 亿欧元，并不断创出新高。
此外，我国铁路的旅客周转量、货物发送量、货运密度和换算周转量均为世界第一。
城市轨道交通方面，由于经济实力和技术水平的限制，中国城市轨道交通建设起步较晚。2000年之前，全国仅有北京、上海、广州三个城市拥有轨道交通线路。进入21世纪以来，随着中国经济的飞速发展和城市化进程的加快，城市轨道交通也进入大发展时期。“十一五”期间，我国城市轨道交通运营里程保持加速上升趋势。 2012年，我国城市轨道交通累计运营里程达2064公里，其中2012年新增投运里程321公里。其中，上海、北京和广州位居全国前三甲，运营里程分别为444千米、442千米和221千米。 截止到2012年12月31日，我国内地已有北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉、南京、沈阳、长春、大连、成都等17个城市累计开通70条城市轨道交通运营线路(含
未来航空空气动力学的发展(精)
未来航空空气动力学的发展 空气动力学的每一个新的发现或突破都会导致飞行器性能的提高和更新换代。第一次世界大战期间,俄国科学家茹科夫斯基提出的不可压翼型升力公式奠定了飞机设计的基础。第二次世界大战以来,高速空气动力学,包括可压缩空气动力学的理论和实验的研究成果(如面积律及后掠翼概念的提出,最终保证了X-1成功突破音障,并推动了一系列超声速飞行器的发展和更新换代。20世纪60年代至今的40多年间,由于分离流和漩涡动力学方面的研究成果以及脱体涡非线性空气动力学的应用,飞机的失速临界迎角和最大升力系数大大增加,从而使战斗机性能显著提高,实现了更新换代。同时在民机领域,超临界翼型、多种形式的前后缘襟翼和翼梢小翼等的应用也导致了民机的快速更新换代。 先分析一下F-22战斗机及第三代喷气式客机的性能及其相关先进气动技术。F-22,世界上第一种也是目前唯一一种投入使用的第四代超声速战斗机。它所具备的"超声速巡航、超机动性、隐身、可维护性"(即所谓的S4概念,也有资料将"短距起落"包含在内,称为S5成为第四代超声速战斗机的划代标准。超声速巡航的实质是通过先进的气动设计,大幅降低超声速零升阻力系数,提高超声速升阻比,结合大推力低油耗发动机,使飞机在不开加力的情况下实现长时间的超声速飞行。超机动性,主要就是指过失速机动性。良好的大迎角飞行品质和有效的控制手段是过失速机动性的两大基础,而这两大基础的技术依靠就是大迎角空气动力学和先进的控制系统。一般战斗机在迎角超过30°时就会产生俯仰发散、抖振、失速、不可控横航向运动等一系列问题,而F-22可以保持迎角在-40°~60°飞机的可控性,这都得益于其优良的气动布局。隐身性能,即低可探测性。据报道,F-22的雷达散射截面积(RCS沿主要方位约为0.08~0.065m2,这主要得益于先进隐身材料和气动隐身设计。F-22是通过以下方面在气动上实现上述性能的: (1采用翼身融合体,带内部武器舱。
城市轨道的现状及未来发展趋势
土木工程与建筑系 课程论文 （2013—2014学年度第二学期） 2014 年 2 月 城市轨道的现状及未来发展趋势 摘要: 随着我国城市化和机动化进程的加快，交通拥堵问题已成为当前我国各大城市发展 的“瓶颈”。如不能有效地解决城市交通问题。将严重影响大城市的可持续发展。但是，解决大城市交通问题要有前瞻性，要结合我国国情以及各大城市自身特点来确定大城市交通的发展战略。通过近几年对轨道交通的亲自参与和了解认识，现分析一下我国轨道交通的发展现状、特点、问题和发展趋势。 关键词：轨道交通，发展现状，未来趋势，问题及原因，建设历程 1、前言 21世纪以来，具有节能、快捷和大运量特征的城市轨道交通建设愈趋受到众多城市的
关注。城市轨道交通是采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、有轨电车、单轨系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统和磁浮系统。由于畅通、高效、可靠的交通出行不仅是出行者选择出行方式的基础，更是城市交通管理者追求的目标，所以，城市轨道交通凭借快速、便捷、安全、运量大和运输效率高等特性，成为城市公共交通的重要组成部分。在中国已经运营轨道交通的城市中，越来越多的居民选择乘坐轨道交通出行。 2、国内轨道交通建设历程 起步——２０世纪５０年代，我国开始筹备北京地铁网络地铁建设，在１９６５－１９７６年建设了北京地铁一期工程（５４Ｋｍ）。随后建设了天津地铁（７.１Ｋｍ，现已拆除重建）、哈尔滨人防隧道等工程。该阶段地铁建设以人防功能为指导思想。 发展——１９８０年代末至９０年代初，我国仅有上海、北京、广州等几个大城市规划建设轨道交通。该阶段地铁建设开始真正以城市交通为目的。 政府调控——进入上世纪９０年代，一批省会城市开始筹划建设轨道交通项目，纷纷进行地铁建设的前期工作。由于要求建设的项目较多且工程造价高，１９９５年１２月国务院发布国办６０号文，暂停了地铁项目的审批。同时，国家计委开始研究制定城市轨道交通设备国产化政策。该阶段为政府通过研究制定相应政策来指导地铁的规划建设。 建设高潮——１９９９年以后，国家的政策逐步鼓励大中城市发展城市轨道交通，全国己建有轨道交通的城市达１０个，新申请立项准备建设的城市有８个。该阶段地铁建设速度大大超过之前的３０年。 3、国内城市轨道交通发展现状 经过10多年的发展，全国现已有14座城市54条线1688公里轨道交通系统投入运营，而在上世纪80年代前，我国轨道交通只有北京的40公里地铁。随着经济的快速发展，我国开始进入城市化和机动化的加速发展阶段。城市轨道交通以其大运量、高效率、低污染等优势，迅速成为许多大城市解决交通问题的首要选择，并在我国形成以地铁、城市快速铁路、高架轻轨等为主的多元化发展趋势 目前还有15个城市的轨道交通项目正在建设，建设项目总长度1500多公里。据国内26个城市的轨道交通规划，到十二五结束，我国计划新建城市轨道交通项目总长度将近2600公里，估计总投资约1.27亿元，北京、上海、广州三座城市规划以每年４０公里的速度建设轨道交通，如此速度在国际上也是罕见的。除里程增加外，我国的轨道交通也由地铁一种形式向多样化发展，如北京的地铁、大连的快速轻轨、重庆的跨座式单轨、上海的磁悬浮等。 轨道交通的快速发展缓解了城市交通压力、促进了城市的发展，但也有一些问题值得注意。由于我国城市轨道交通发展历史比较短、经验也不足，尚未建立起完善的、独立自主的。 城市轨道交通制造产业，很多城市轨道交通的车辆、通讯信号、控制等系统，以及盾构等设施、设备都是从不同国家引进的。标准不同制式不同的轨道交通系统，有可能给建设和运营管理留下不容忽视的问题和安全隐患。 为解决好这些客观存在的问题，建设部将从制定城市轨道交通安全方面的法规、政策，继续完善有关安全标准体系、职业安全防护标准等方面加强工作，以进一步促进我国轨道交通发展的合理性、安全性。 4、城市轨道交通发展趋势 进入21 世纪,我国将进入全面建设小康社会的新发展阶段,树立和落实科学发展观、
中国城市轨道交通建设现状(新编版)
When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. （安全管理） 单位：___________________ 姓名：___________________ 日期：___________________ 中国城市轨道交通建设现状(新 编版)
中国城市轨道交通建设现状(新编版)导语：生产有了安全保障，才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷，生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时，生产活动停下来整治、消除危险因素以后，生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法，决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 （1）城市轨道交通建设规模大，同时建设的城市多。目前，中国城市轨道交通正处在快速发展时期，从1995年-2008年6月，12年间共有10个城市20多条线路投入运营，运营里程达到730km，到奥运会开幕，北京、上海两城市运营线路分别达到220km和236km。 与此同时，全国共有15个城市、800km的城轨线路正在施工建设。据不完全统计，北京、上海、天津、广州、深圳、武汉、南京、重庆、长春、哈尔滨、沈阳、杭州、西安、成都、苏州等15个城市，城轨交通线网规划总长度达1700km，总投资6000亿元。这15个城市线网规划已于2003年-2006年得到国家的批准。 近年来，随着经济的快速发展，城市化和机动化进一步加快，城市人口继续增加，城市范围不断扩大，为了支撑城市的发展和建设，很多城市的轨道交通线网规划开始修编，城市轨道交通线网规划有进一步扩大的趋势。除上述15个城市之外，宁波、无锡、长沙、郑州、大连、东莞、贵阳、合肥、昆明、南宁、福州等10多个城市，也在筹
汽车设计与空气动力学研究现状的综述
北京信息科技大学 研究生部 汽车设计与空气动力学研究现状的 综述报告 学院：机电工程学院 专业：机械工程 班级：研1202班 学号： 2012020045 姓名：曹国栋 指导教师：林慕义（教授） 完成日期： 2012 年 11月 26 日
目录 前言 (1) 1汽车空气动力学概述 (3) 1.1汽车空气动力学 (3) 1.2空气动力学基本理论 (4) 1.2.1理想流体、不可压缩流体和定常流 (4) 1.2.2流体的基本方程 (4) 1.2.3气流分离现象 (5) 1.3车身表面的压力分布 (6) 1.3.1压力系数 (6) 1.3.2车身各部位的压力分布 (7) 1.3.3汽车空气动力学装置 (8) 2车身整体优化造型概况 (9) 2.1纺锤状的流线体 (9) 2.2水珠体 (9) 2.3卡曼-背 (10) 2.4“鲸状”理论模型 (10) 2.5 Morelli模型 (11) 3国内外关于汽车设计与空气动力学的研究现状 (12) 3.1 国内汽车设计与空气动力学的研究现状 (12) 3.2 国外汽车设计与空气动力学的研究现状 (15) 4总结与展望 (20) 参考文献 (21)
前言 德国人Karl Benz于1886年制造出了世界上第一辆内燃机驱动的汽车。一百多年后的今天，汽车已经不再是简单的具有车轮和车架的代步运输工具，通过逐步地发展完善，精密的现代汽车已经具有了复杂的机械结构、优良的发动机和高性能的传动制动系统。最初的汽车，车速相当低，所以在设计中，除了要考虑的机械性能问题外，并没有考虑空气动力学方面的问题。随着技术的发展，汽车性能在逐步提高，汽车行驶速度不断加快，驾驶员和乘客开始处于气流之中，挡风玻璃随之出现，空气阻力的影响开始突出起来。20世纪初期，人们开始认识汽车动力特性的同时，也开始关注汽车行驶的气动力影响。对于汽车整体外观，其变化的几个阶段就是考虑了气动性能产生的影响。 我国汽车工业技术相对落后，开发能力不强，缺乏国际竞争力。进入二十一世纪以来，随着我国加入WTO步伐的加快，以及我国各个汽车工业集团在自主研发方面的奋发图强，使得我国汽车工业面临新的机遇和挑战。而汽车空气动力特性直接影响汽车的动力性、燃油经济性、操纵稳定性、舒适性和安全性。汽车的气动阻力与车速的平方成正比，即气动阻力所消耗的功率和燃油与车速的立方成正比，因此通过汽车空气动力学研究来降低汽车气动阻力、提高发动机燃烧效率、改进发动机冷却效果，不仅可以提高汽车动力性，而且还可改善其燃油经济性。对于高速行驶的汽车，良好的空气动力稳定性(侧风稳定性、高速操纵稳定性)至关重要，而通过空气动力学途径提高制动器制动效能则是汽车高速、安全行驶的前提。改善车身内部流场品质和散热、取暖、除霜等特性，减少尘土污染和降低气动噪声，又是乘坐舒适性的基本保证。 为了改进汽车空气动力学特性，全球汽车工业界都投入了巨大的人力、物力对汽车内外流场的流动及相关现象进行研究。风洞试验是汽车空气动力学研究的传统而又有效的方法，它为汽车空气动力学的发展作出了巨大的贡献。而随着计算机和数值仿真方法的迅速发展，属于新型交叉学科的汽车计算流体力学得以蓬勃兴起，它为汽车空气动力学的研究开辟了新的途径。汽车计算流体力学采用数值计算方法，通过计算机求解相应的数学方程组，研究汽车绕流的空间运动特性，给出流动规律，为汽车设计提供科学依据。汽车计算流体力学的兴起也促进了汽车实验研究和理论分析方法的发展，三者相辅相成必将进一步推动汽车气动特性的设计和研究。