Цель работы: Оценка влияния набегающего воздушного потока на лобовое сопротивление и степень раскачки поезда, состоящего из локомотива и вагонов двух типов (цистерн модели 15-1547-03 и полувагонов). Исследование влияние скорости движения и направления действия ветра на продольные и поперечные силы, действующие на локомотив и вагоны двух типов (цистерны и полувагоны). Определение влияние проходящего встречного поезда на лобовое сопротивление и степень раскачки состава.

В связи с участившимися случаями изломов боковых рам появилась необходимость в подробном анализе известных ранее силовых факторов, действующих на вагоны в процессе эксплуатации. В первую очередь это касается силовых воздействий, имеющих по своей природе динамических характер, но упрощенных в нормативных документах. Современные пространственные кинематические модели позволяют исследовать поведение всех узлов системы не только в статике (как было ранее), но и в динамической постановке. Однако нагрузки для этого также требуется задавать в динамическом виде. В ходе работы созданы математические расчётные модели и отработана методика исследования различных видов набегающих воздушных потоков вокруг движущегося поезда с использованием аппарата по анализу аэродинамики.

Пространственная геометрия грузового поезда

Аэродинамическая модель локомотива, вагонов и верхнего строения пути

Результаты аэродинамического расчета. Давление на стенки поезда	Результаты аэродинамического расчета. Влияние встречного поезда. Давление на стенки

Графики поперечных и продольных сил, действующих на вагоны при обдуве ветром	Графики поперечных и продольных сил, действующих со стороны встречного поезда

Графики изменения средних поперечных усилий на вагоны в зависимости от скорости движения поезда	Графики изменения средних поперечных усилий на вагоны в зависимости от скорости действующего бокового ветра

Для определения динамических взаимодействий локомотива и вагонов с воздушными потоками построены две пространственные конечноэлементные модели воздушного пространства (ветровая модель и модель встречных поездов), окружающие составы на достаточном удалении. В моделях учтены внешние контуры твердых объектов способные создавать неравномерности воздушного потока: вихри, срывы потока, перепады давления. Расчетные модели описывают в каждый момент времени нестационарное поведение воздушных потоков близи движущихся составов, а также суммарные силы, действующие на вагоны со стороны ветра и набегающего встречного потока.
Проведены четыре группы исследований по взаимодействию воздушных потоков с движущимся поездом: исследование влияния направления ветра, скорости движения поезда, скорости действующего ветра и влияние встречного поезда. Для каждого этапа проведен анализ динамического воздействия различных типов воздушных потоков на динамику движущегося поезда. Для всех этапов получены переменные во времени характеристики суммарных силовых факторов, действующих на вагоны от ветровых потоков при различных параметрах движения состава.
При анализе полученных результатов выявлена существенная динамичность процессов обтекания. Среднего значения силы недостаточно для описания действующих воздействий, необходима также колебательная составляющая с полученной частотой и амплитудой.