高铁隧道空气动力学研究与测试

      当高速列车进入隧道时，原来占据空间的空气被排开，空气的粘性及气流对隧道壁面和列车表面的摩阻作用，使得被排开的空气不能象隧道外那样及时顺畅地沿列车两侧和上部流动，而形成绕流。于是列车前方的空气受压缩，随之产生特定的压力变化过程，引起相应的空气动力学效应，并随列车速度的提高而加剧。由此带来一系列问题：

1）由于瞬变压力造成旅客耳朵不适，乘车舒适度降低；

2）高速列车进入隧道时，会在隧道口产生微压波，引起爆破噪声，并危及洞口建筑物；

3）行车阻力加大，引起对列车动力能量消耗的要求；

4）由于行车阻力加大，引起隧道内热量积聚和温度升高等等问题。

高速列车进入隧道产生空气动力学效应是由多种因素确定的，如机车车辆方面：车头车尾形状，列车横断面，列车长度，表面粗糙性，密封性等； 隧道方面：隧道净空断面面积，双线单洞还是单线双洞，隧道壁面粗糙度，洞口及辅助建筑物形状，竖井，斜井，横洞，道床类型等因素。

从1964年日本新干线高铁开通以来，德国，法国，中国等进入高铁时代，最高时速达到580公里每小时。各国都投入大量人力物力研究高铁，以提高列车速度，行车安全和乘车舒适度。

列车通过隧道产生空气动力学效应的研究非常复杂，以至于隧道建成后有改隧道或改车辆，以消除空气动力学效应影响。

在隧道空气动力学效应研究中，很关键就是建立数学模型和测试。理论研究不断深入，每个研究理论都需要实验和测试来验证。但是对隧道的测试非常困难，列车经过时隧道内不允许有人，隧道内也不会提供测试用的电源，最大的问题是很难采集到列车经过时压力的瞬间微小变化值等。国内研究高铁的领头单位西南交通大学，日前组建科研测试小组，经反复试验，从国内外众多测试仪器中，采用成都泰斯特TST6250高速信号采集仪，对长昆线上的几座隧道同时测试。在隧道进出口及中间同时放置TST6250各一台，设置离线采集，人员撤出隧道。TST6250仪器内置锂电池，自动记录列车经过时空气压力和空气噪声变化值，每次采集到一个数值都对应一个实时时钟，能够连续采集记录15天列车过隧道时的原始数值，成功收集到有效的第一手高铁隧道运行数据，为高铁隧道空气动力学效应研究提供科学依据。