检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：朱玉杰重庆理工大学

学位级别：硕士

气动悬浮列车是上个世纪末由日本东北大学小滨泰昭教授提出的一种创新型、低污染且高效低耗的交通运载工具。它利用翼地效应悬浮在轨道近壁面,常规的巡航速度可以达到每小时300至450公里,其运载经济效率远超高铁列车、磁悬浮列车甚至商... 详细信息

气动悬浮列车是上个世纪末由日本东北大学小滨泰昭教授提出的一种创新型、低污染且高效低耗的交通运载工具。它利用翼地效应悬浮在轨道近壁面,常规的巡航速度可以达到每小时300至450公里,其运载经济效率远超高铁列车、磁悬浮列车甚至商业客机,是满足未来交通运输系统需求的最优解之一。但是,气动悬浮列车利用轨道高压获得高升阻比的同时,会产生巨大的气动噪声,严重影响到列车行驶安全,并且对车内乘客和轨道沿路城镇造成噪声困扰。多向翼是新一代气动悬浮列车车身空气动力学特性最突出的部件,其产生的拖曳边缘噪声是气动悬浮列车气动噪声的主要成分,并且多个多向翼串联布置于车身,前后翼相互干扰更增强了拖曳边缘噪声的声能强度。目前,针对气动悬浮列车的特殊行驶工况,拖曳边缘噪声的产生机制和传播机理尚不明确,无法近一步实施有效的降噪策略。本文首先对翼地效应下新一代气动悬浮列车多向翼拖曳边缘噪声的产生机理和传播机制进行探究。通过采用大涡模拟(LES)结合M(?)hring声类比理论,对Ma=0.3下四组串联间距的多向翼进行数值模拟,求解多向翼机身周围的非稳态流场,并将高分辨率流场信息(如速度脉动和密度脉动)作为输入进行声学预测。仿真结果表明布置间距为六倍机翼弦长时,声源区的声压级指数最低;此外,根据声源区噪声主要贡献频率的分析概念,对声源区中截面2121个监测点下每个频率的声压级指数进行了积分处理,证实噪声的主要成分是200 Hz以下的低频噪声;低频噪声产生于机翼尾缘、尾流发展区和副翼翼尖区域;并且低频噪声具有较强的衍射和穿透能力,在声音传播中占据主导地位;而地效翼受到壁面效应的加强,其尾缘区域会产生比主翼尾缘更强烈的能量脉动,是最根本的声源区域。为了抑制地效翼尾涡进而降低拖曳边缘噪声,本文提出了尾缘锯齿设计的被动仿生降噪策略。将三种不同的尾缘锯齿设计应用到地效翼的尾缘,探究尾缘锯齿设计的降噪效果及降噪机理。数值分析得到,三种尾缘锯齿设计均能在高速近壁工况下降低地效翼的拖曳边缘噪声,并且TE2设计具有最佳的降噪效果。这得益于锯齿设计能够有效减缓翼面边界层的气流分离强度和降低边界层附近的逆压梯度,使边界层气流能够更平缓地过渡。翼尾处周期振荡涡的强度因此得到减缓,最终不稳定压力脉动产生的湍流噪声也得到抑制。并且,相邻锯齿空隙更大、锯齿更锋利的设计具有更好的降噪效果。本文研究主旨是考虑非均质背景流动以及近壁面导致的半自由场声反射,阐明多向翼拖曳边缘噪声的固有机理,并以此为理论基础指导后续尾缘锯齿设计的被动仿生降噪策略。本文是将鸮类尾翼锯齿设计仿生学科应用到高雷诺数半自由空间机翼降噪的一次新颖尝试,为气动悬浮列车整车声学特性和降噪两方面的研究奠定了理论基础。

关键词：气动悬浮列车多向翼拖曳边缘噪声串联布置形式尾缘锯齿设计

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气动悬浮列车内室设计及热舒适性仿真研究

气动悬浮列车内室设计及热舒适性仿真研究

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作者：谢静重庆理工大学

学位级别：硕士

自工业革命以来，煤炭、石油和天然气的大量燃烧产生和排放了大量的二氧化碳等温室气体，导致了温室效应和全球变暖，海平面上升，陆地面积变小，病虫害增加，人类和动物的生存环境受到严重威胁。温室效应已经成为了世界各国亟待解决的... 详细信息

自工业革命以来，煤炭、石油和天然气的大量燃烧产生和排放了大量的二氧化碳等温室气体，导致了温室效应和全球变暖，海平面上升，陆地面积变小，病虫害增加，人类和动物的生存环境受到严重威胁。温室效应已经成为了世界各国亟待解决的问题。减少燃料使用，开发环保新能源势在必行。目前，日本东北大学与中方联合研究的气动悬浮列车拟完全采用自然能源驱动，使用成本低、速度快，真正实现二氧化碳“零排放”。　　本论文以气动悬浮列车为研究对象，进行内室设计及热舒适性仿真研究。结合空气动力学和工业设计两门学科，优化内室设计和热舒适性，在设计过程中融入形式美学、人机工程学、仿生设计学等。　　设计前期，调研了世界主要的轨道列车设计公司及其轨道车辆的设计特点，以及未来轨道交通车辆设计的趋势;并总结了气动悬浮列车内室设计中的形式美学法则、人机工程学、仿生因素等。　　本论文的设计将从以下两方面展开：　　（1）一方面是气动悬浮列车的内室设计，以亲子车厢为代表。按照人群需求重新布局，结合仿生学、人机工程学、形式美学设计椅凳和桌子的造型、尺寸，以及内室色彩、照明等。再用犀牛建立三维模型，用Keyshot渲染，最终得到亲子车厢的内室设计效果图。　　（2）另一方面是气动悬浮列车的热舒适性仿真研究，以商务车厢为代表。设计主风道和出风口，犀牛建立三维模型后导入Star-ccm+仿真软件计算后得出结论。再根据结论优化主风道，增加导流锥，改进出风口位置和数量，再次导入Star-ccm+仿真软件计算，完成热舒适性仿真研究。　　本论文是气动悬浮列车内室设计的一个研究探索，目的是创造更美观、更宜人、更舒适的乘车环境，满足各类乘客对列车车厢的人性化的需求、情感化的需求，对未来的新型交通工具内室设计有一定的参考价值。

关键词：气动悬浮列车内室设计热舒适性形式美学人机工程仿生理念

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气动悬浮列车单向翼翼型优化与地面效应分析

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空气动力学学报 2017年第1期35卷 123-128页

作者：赖晨光任浡麒阎志刚魏园园重庆理工大学汽车零部件制造及检测技术教育部重点实验室重庆400054 重庆理工大学车辆工程学院重庆400054

高速气动悬浮列车(Aero-train)是一种利用机翼地面效应原理的创新型高效高速低能耗高速列车。本文以LA203A为基础翼型,利用遗传算法与数值模拟的方法对基础翼型进行气动优化设计。通过对优化翼型的地面效应模拟分析,得出优化后的翼型其... 详细信息

高速气动悬浮列车(Aero-train)是一种利用机翼地面效应原理的创新型高效高速低能耗高速列车。本文以LA203A为基础翼型,利用遗传算法与数值模拟的方法对基础翼型进行气动优化设计。通过对优化翼型的地面效应模拟分析,得出优化后的翼型其气动特性有明显改善,并由此得出气动悬浮列车单向翼离地间隙、迎角与阻力、升力、升阻比之间的关系。利用CFD技术对安装有基础机翼和优化后机翼的气动悬浮列车初始研究模型(AERO-1)整车气动特性进行数值模拟以及分析前后端机翼的流场特性,并利用风洞实验方法对装有优化机翼的气动悬浮列车初始研究模型(AERO-1)气动特性进行研究。利用遗传算法优化后机翼翼型升阻比特性较基础翼型最高提升26%,具备优化机翼的气动悬浮列车(AERO-1)在地面效应下的气动特性优于原始模型。本文研究为机翼地面效应分析以及气动悬浮列车研究提供理论依据。

关键词：气动悬浮列车翼型风洞实验遗传算法地面效应 CFD

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基于CFD的气动悬浮列车造型设计

基于CFD的气动悬浮列车造型设计

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作者：杨柳重庆理工大学

学位级别：硕士

不可再生能源消耗过度以及非清洁能源在开采过程中和在使用中所产生的环境污染问题,是当今世界各国所面临亟待解决的问题。科技发达的国家开始着手于研究载客量大,驱动能源环保清洁,时速快的高速运载交通工具。目前,日本东北大学提出了... 详细信息

不可再生能源消耗过度以及非清洁能源在开采过程中和在使用中所产生的环境污染问题,是当今世界各国所面临亟待解决的问题。科技发达的国家开始着手于研究载客量大,驱动能源环保清洁,时速快的高速运载交通工具。目前,日本东北大学提出了节能环保的新型高速运载交通工具气动悬浮列车项目计划,并陆续展开与之相关的研究与设计。本文以气动悬浮列车的造型设计为研究对象。把工业设计与空气动力学两门学科紧密结合,在符合空气动力特性、优化整车结构造型的基础上,融入美学与文化特性进行创新造型设计。在设计前期通过调查研究,总结目前现有的高速运载轨道交通工具造型设计特点,并将其作为本课题设计时的参考,提出气动悬浮列车在设计时应该注意的基本造型结构,用手绘草图的形式进行最初的造型方案设计与方案选择,再进行三维建模用于CFD模拟验证,总结CFD模拟验证结果并进行造型修改,完成最终造型设计,最后制作出实物模型用于观察与验证。其主要的研究内容如下:(1)对目前的高速运载轨道交通工具进行调研分析后,确立了整车车头、车翼、车身关键部位的造型设计形式。在三维建模以前,采用手绘草图形式快速表现气动悬浮列车初步的形态关系与结构关系,然后利用三维软件在电脑中进行整车的三维模型设计,并渲染出其材质、色彩、光效等外观视觉效果图和与之匹配的环境效果图。(2)基于前文研究所确定的设计要求进行初步方案设计,并对初步方案进行CFD仿真模拟及空气动力特性分析。总结初步方案中的不足与缺点,提出优化造型设计方案,对优化方案再次进行CFD仿真模拟,将模拟结果与初步方案进行空气动力特性对比分析,确定优化后的造型设计方案,并对该方案进行了美学与文化特性的解析。(3)根据本课题中所设计的气动悬浮列车电脑三维模型,制作其实体加工模型,以便能更直观的进行形体观察,实现从虚拟模型到实体模型的过程,为未来进一步的造型研究提供重要的实物参考及风洞试验物理模型。本研究结合工业设计与空气动力学进行气动悬浮列车造型设计,旨在整车造型上既能满足空气动力特性也能从美学与文化的角度推陈出新,设计出更符合现代审美的创新型高速交通运载车辆,也为将来的创新型交通工具造型设计提供一定的参考意义。

关键词：气动悬浮列车造型设计空气动力特性美学 CFD模拟

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气动悬浮列车串联翼布置的空气动力学优化

气动悬浮列车串联翼布置的空气动力学优化

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作者：任浡麒重庆理工大学

学位级别：硕士

为了探索气动悬浮列车串联翼布置形式对整车气动性能的影响以及串联翼之间的流动机理,并得到气动性能较优的串联翼布置形式,本文主要研究三个方面的内容:气动悬浮列车模型的风洞实验,数值模拟,以及串联翼布置的多目标优化。在风洞实验部... 详细信息

为了探索气动悬浮列车串联翼布置形式对整车气动性能的影响以及串联翼之间的流动机理,并得到气动性能较优的串联翼布置形式,本文主要研究三个方面的内容:气动悬浮列车模型的风洞实验,数值模拟,以及串联翼布置的多目标优化。在风洞实验部分,设计并制作前后翼可调的气动悬浮列车模型,并根据气动悬浮列车设计行驶工况搭建合适的实验台架。经过实验测得前后翼攻角和相对位置放生变化时气动悬浮列车的不同气动力结果并得到部分工况下前后翼上表面流动可视化结果。实验结果反映出随前后翼状态参数变化时气动悬浮列车气动力特性的变化趋势,为之后数值计算模拟的网格策略及分析提供了依据。在数值模拟部分,根据风洞实验结果,建立相似模型并划分网格,经过多次尝试确定优化所需的网格策略。通过对气动悬浮列车模型的模拟,探索串联翼周围气体的流动机理。模拟结果展现了前后翼之间、模型尾流区以及U型轨道附近等区域气流流动状态,为分析串联翼之间流场的相互影响以及轨道对气动悬浮列车气动性能的影响提供了基础,为气动悬浮列车气动性能的优化做了铺垫。在串联翼布置优化部分,根据风洞实验及数值模拟结果进行变量的选取与目标函数的确定,采用Kriging代理模型和NSGA-II算法对气动悬浮列车气动性能进行优化。通过使用遗传算法,寻优得到Pareto最优解集,为设计变量的最优取值提供了解集空间。接着,应用总变差分析和自组织映射法这两种数据挖掘的方法,对设计变量和目标函数进行了分析。数据挖掘的结果反应出所选设计变量以及变量之间的交互作用对目标函数的影响程度,进而揭示了设计变量对目标函数的影响趋势和规律,以及目标函数之间所存在的关系。根据以上研究,得出以下结论:气动悬浮列车升力系数和阻力系数呈相互矛盾关系,若想达到最佳气动性能需要折中选择,具有良好气动性能的串联翼布置应具有如下特征:前翼离地间隙尽量小,后翼离地间隙稍大于前翼;前翼攻角不大,后翼攻角稍大于前翼攻角;前后翼的水平间距较大。本文对气动悬浮列车串联翼布置优化进行了尝试,形成了一套有效的优化方法,为以后气动悬浮列车多向翼的研究和优化奠定了基础。

关键词：气动悬浮列车串联翼布置形式风洞实验数值模拟多目标优化

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气动悬浮列车地面效应研究

气动悬浮列车地面效应研究

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作者：阎志刚重庆理工大学

学位级别：硕士

随着能源消耗加剧以及非清洁能源所带来的环境污染逐步严重,各国已着手研究新能源技术应对能源枯竭的问题。自从第一辆采用内燃机提供动力的轮式车辆在世界上问世,车辆在给人类社会带来便利的同时也预告着能源消耗问题在未来将越来越严... 详细信息

随着能源消耗加剧以及非清洁能源所带来的环境污染逐步严重,各国已着手研究新能源技术应对能源枯竭的问题。自从第一辆采用内燃机提供动力的轮式车辆在世界上问世,车辆在给人类社会带来便利的同时也预告着能源消耗问题在未来将越来越严重,轮式车辆经过百年发展依然摆脱不了对传统能源的消耗,同时由于人类社会中车辆保有量的增大,车辆所消耗的大量能源造成的环境污染也越来越严重。车辆的发展表明了人类社会的前进,但传统轮式车辆巨大的能源消耗是制约其深入发展的瓶颈之一。因此,技术发达国家从认识到能源问题时就已经开始研究新型清洁能源高速列车。磁悬浮列车是世界各国研制最早的新型列车之一,但由于其效率低下逐渐退出世界舞台,另外,美国、德国等国家也在研制水下列车。气动悬浮列车由日本提出并展开相关研究。气动悬浮列车是一种利用空气动力原理的创新型高速列车,其利用带车翼的列车行驶在距离地面上方空间一定距离时所产生WIG(Wing-In-Ground)现象而悬浮飞行的列车。完整的气动悬浮列车系统由列车系统(包括机翼部分、动力部分以及乘用舱等部分组成)、行驶轨道系统、计算机辅助系统等组成;列车动力系统能源将采用清洁的风能资源,因此气动悬浮列车是一种创新性清洁能源列车。气动悬浮列车具有升阻比大,运输效率高,航程远和全程使用清洁能源等优点,其基本原理为机翼地面效应(Wing-In-Groungd),因此机翼地面效应是气动悬浮列车研究的重点。本研究参考日本东北大学对气动悬浮列车相关研究理论,对其机翼以及整车地面效应进行了深入研究。论文先根据机翼地面效应原理对所选机翼翼型利用遗传算法进行优化,翼型优化时考虑地面效应对机翼翼型气动特性以及流场特性的影响,通过分析得出优化后翼型攻角和离地间隙对气动特性的影响规律,并以最大升阻比为目标参数得出该优化后翼型最佳攻角及离地间隙范围;再以优化后翼型为基础建立了三维机翼模型,对其地面效应以及在地面效应下的失速特性进行了研究分析,分析表明三维机翼由于翼尖涡等因素造成流场特性与二维翼型有所不同,但在地面效应下攻角和离地间隙对气动特性的影响与二维机翼基本吻合;最后本文构建了气动悬浮列车研究模型,该研究模型保留气动悬浮列车大部分空气动力学特征,其中省去了动力系统、车轮等,利用数值模拟以及风洞实验的方法对气动悬浮列车研究模型进行空气动力学分析,得出了在地面效应下不同攻角的气动特性以及机翼表面流场特性。本文气动悬浮列车数值模拟在重庆理工大学计算机工作站群中完成,风洞实验在吉林大学风洞实验中心完成。

关键词：气动悬浮列车地面效应气动特性遗传算法风洞实验

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地面效应下Aero-train车翼尾缘气动噪声产生及控制机理研究

地面效应下Aero-train车翼尾缘气动噪声产生及控制机理研究

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作者：谭良奎重庆理工大学

学位级别：硕士

随着能源消耗加剧以及非清洁能源所带来的环境污染逐步严重,同时伴随着人们对于高效出行的需求不断增加,各国早在上个世纪就着手研究新型节能交通工具应对日益严重的能源枯竭问题。自内燃机的成功应用,为人们的出行,生产,运输等带来了... 详细信息

随着能源消耗加剧以及非清洁能源所带来的环境污染逐步严重,同时伴随着人们对于高效出行的需求不断增加,各国早在上个世纪就着手研究新型节能交通工具应对日益严重的能源枯竭问题。自内燃机的成功应用,为人们的出行,生产,运输等带来了划时代的便利,但是同时人类社会活动的能源消耗急速增加。各个国家及科研机构早在上个世纪就开始探索新型的高效节能交通工具,但传统轮式车辆巨大的能源消耗是制约其深入发展的瓶颈之一。因此,技术发达国家从认识到能源问题时就已经开始研究新型清洁能源高速列车。磁悬浮列车是世界各国研制最早的新型列车之一,但由于其效率低下逐渐退出世界舞台。东北大学的小滨泰昭教授等率先提出气动悬浮列车的概念,气动悬浮列车是一种利用地面效应的高效高速交通工具,其能效比甚至超过了商业客机,气动悬浮列车由清洁能源(风能,太阳能)驱动。气动悬浮列车的悬浮原理是利用翼地效应将车体托举至空中。翼地效应,又称为地面效应,是指当机翼在接近壁面或水面时由于机翼下方形成高压区而使升阻比大幅提高的现象。相比基于翼地效应的水上飞行器,气动悬浮列车更加安全,因为水上飞行器在起降阶段会经历水-空气二者介质的变化,而气动悬浮列车整个过程都在U形陆地轨道中进行,因而运行过程更加平稳本研究分为两个部分,第一部分对地面效应下新型气动悬浮列车的环形翼的气动噪声产生及传播特性进行了探究,通过分析得到离地间隙对机翼的气动噪声的影响规律,探究了不同流动结构所产生的气动噪声频率成分及声压级强度,对声源做了较为准确的定位。结果表明当离地间隙更低时会有更好的气动性能,升阻比提升幅度较大,但同时会导致气动噪音急剧增强。这是由于当离地间隙较小的时候会产生壁面约束涡而引起强烈气动噪声。此外,翼尖涡所导致的气动噪声同样强烈。第二部分基于第一部分的研究结果对主要贡献声源进行针对性处理,通过布置等离子体激励器诱导射流对流场进行主动控制,破坏产生强烈气动噪音的流动结构。同时本文采用POD方法对等离子体射流破坏流动结构得到降噪效果的原理做了进一步分析,对该降噪措施的基本原理做了简单阐述。结果表明在气流分离点和尾缘处布置等离子体射流激励器都能取得较好的降噪效果。等离子体射流常用作低速工况下的运载工具的气动性能优化,结果表明,通过合理巧妙的布置,等离子体激励器应用于气动噪声降噪领域时在高速工况下仍有效,能够达到以较小能量消耗为代价取得较好的降噪效果,为气动悬浮列车噪音控制提供了重要参考。

关键词：气动噪声地面效应气动悬浮列车等离子体射流主动降噪

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