1.一种基于限界约束的高速列车升力翼翼型的计算流体动力学选择方法，其特征在于：所述方法以布设在高速列车车顶的升力翼为研究对象，以高速铁路限界为约束条件，建立多方案升力翼三维几何模型，采用计算流体动力学计算方法，从流线型外观设计、气动力特性和流场结构多目标参数综合评价和选择，确定适应下一代时速400+km高速列车升力翼翼型的基本三维结构方案，具体基于限界约束的高速列车升力翼翼型的计算流体动力学选择方法包括以下步骤：

1）明确限界内可供升力翼布设的有效安装空间：

11）根据铁路建筑限界、桥隧限界条件及具体适用车型车辆限界条件，确定高速列车升力翼装置在限界内车顶上部最大有效安装空间（S1），以及车体两侧有效安装空间（S2）；

12）考虑下一代时速400+km高速列车车侧流线型表面设计、车门及车窗位置、风挡和车顶设备对升力翼两侧布设位置的无序性影响，所述方法的升力翼布设选择限界内车顶上部最大有效安装空间（S1），舍弃车体两侧有效安装空间（S2）；

2）建立多方案升力翼数字化三维几何模型：

21）确定高速列车升力翼基本翼剖面：参考飞机和飞行器的机翼设计理念与方法，提出适合对于时速400 450km范围运行的轮轨列车的翼剖面备选方案：平凸型、凹凸型和双凸型~

3种常见翼型，在该速度范围内确定相同气动设计尺度，采用计算流体动力学方法，模拟计算并优先考虑小阻力大升力的翼剖面设计，同时结合可升降升力翼与高速列车车顶面接触空气动力学性能，选用适配车顶局部表面的平凸型翼剖面进行高速列车升力翼的设计研究；

22）确定平凸型升力翼数字化三维几何模型：以平凸型翼剖面为雏形，根据高速列车升力翼工作气动环境、尺度空间和多角度姿态特征，初步选定升力翼弦长、最大厚度、前缘半径、后缘角为固定参数，主要针对升力翼横向流线型曲面下偏角和纵向前后掠角对升力翼气动性能的主要影响，给出零偏角平凸型（Mod1）、带偏角平凸型（Mod2）和带掠角平凸型（Mod3）3种升力翼设计方案；其中，零偏角平凸型（Mod1）升力翼为横向任意位置翼剖面几何参数均一致设计；带偏角平凸型（Mod2）升力翼为横向从中间向两侧翼剖面逐渐过渡减薄；

带掠角平凸型（Mod3）为在所述带偏角平凸型（Mod2）的基础上两侧向后同时在水平面内前缘设计存在前掠角，后缘设计存在后掠角；

3）建立升力翼流体动力学计算模型：

31）设定数学模型：设定计算采用有粘可压缩的Navier‑Stokes方程，湍流模拟采用标准的涡黏性模型，其中所述标准的涡黏性模型将湍流黏性系数和湍流动能与湍流动能耗散率相关联，求解模型采用有限体积法，对流项采用二阶迎风和有界中心格式，离散项采用二阶隐式格式；

32）确定带升力翼高速列车计算模型：以中国标准动车组外观构造为雏形，选择包含1节头车、1节中间车及1节尾车组成的1比1的三编组标准模型，其中升力翼按单组设置，布设在头车车顶纵向中心处；

33）确定计算域：以带单排升力翼的所述三编组标准模型的列车总长（L）为参考对象，创建长为4倍列车总长（L），宽为2倍列车总长（L），高为1倍列车总长（L）的长方体外流场计算域；所述带升力翼高速列车计算模型位于所述长方体外流场计算域对称边界中部，其中高速列车头车鼻尖距离外流场前侧面距离为1倍列车总长（L），尾车鼻尖距离外流场后侧面距离为2倍列车总长（L），所述带升力翼高速列车计算模型车体底面距离外流场下底面为

0.4m；

34）计算设置：采用有限体积法进行计算域内非结构化网格划分及求解，其中对于高速列车头车及尾车、流固接触面和升力翼外围流场变化突出的区域，采用全局和局部网格相‑6 ‑4配合叠加的处理模式，计算湍流强度设为0.5%，残差取值范围为10 10 ；

~

4）多方案带升力翼高速列车气动力特性比较分析：

41）气动力比较分析：分别以零偏角平凸型（Mod1）、带偏角平凸型（Mod2）和带掠角平凸型（Mod3）3种不同升力翼设计方案为模拟计算对象，设定计算风速为250、300、350、400、

450km/h，升力翼工作迎角为16°，升力翼起升高度为400mm，进行气动特性分析，分析计算不同速度等级条件下升力翼所受气动升力FL与气动阻力值FD，根据Davis公式采用过原点开口向上的抛物线拟合升力翼所受气动升力FL与气动阻力FD随速度变化函数；根据拟合曲线判断确定小气动阻力、大气动升力变化趋势的升力翼翼型方案I；

42）气动系数比较分析：在此基础上采用统一量纲升力系数CL及阻力系数CD分别计算升

2

力翼所受气动升和阻力大小，其中升力系数CL计算公式为CL=FL/(0.5ρALV )，阻力系数CD计2

算公式为CD=FD/(0.5ρADV )，式中：AL为升力翼垂向投影面积，所述垂向投影面积计算公式为AL=ckcosγ；其中，c为升力翼弦长，k为升力翼在限界内的横向展长，k在限界内的约束条件为K＞k≥1600mm，K为铁路建筑限界内可安装升力翼空间的最大横向尺寸；AD为升力翼纵向投影面积，其中所述升力翼纵向投影面积AD采用三维几何最大轮廓投影计算的方式在数字化三维辅助设计平台上计算；ρ为15℃标准大气压下的空气密度；V为计算风速；经流体动力学计算分析，采用列表方式比对各型升力翼气动力系数，样式为：翼型 零偏角平凸型（Mod1） 带偏角平凸型（Mod2） 带掠角平凸型（Mod3）升力系数CL 计算值n1 计算值n2 计算值n3阻力系数CD 计算值n4 计算值n5 计算值n6

根据气动力系数计算表，判断确定小阻力系数、大升力系数的升力翼翼型方案II；

43）升力翼表面气动压力系数比较分析：根据步骤3）所建立升力翼流体动力学计算模型，在同一速度等级条件下，模拟计算的升力翼中线翼剖面轮廓线上每个计算单元节点的静压值P，计算每个所述计算单元节点的压力系数CP，其中所述压力系数计算公式为CP=(P‑2

P∞)/(0.5ρV)，式中：P为计算单元节点的静压值；P∞为模拟远环境静压值，也即为15℃环境温度对应的标准大气压值；ρ为15℃标准大气压下的空气密度；V为计算风速；

以升力翼前缘到后缘纵向长度为参考值，将其标度归一化处理，在同一坐标系中依次导入多方案升力翼纵向归一化标度‑气动压力系数散点，分别以前缘和后缘点为分界拟合出升力翼上弧线和下弦线对应的气动压力曲线；分别对比分析升力翼翼剖面的上弧线和下弦线受压波动情况，重点以上弧线压力波动变化幅度、频率和峰值差为主要对比指标，分析确定波动变化幅度小、频率小和峰值差小的升力翼翼型方案III；

44）升力翼纵向对称面上流场结构比较分析：根据步骤3）所建立升力翼流体动力学计算模型，在同一速度等级条件下，模拟计算各型升力翼表面和纵向对称面上稳态压力分布及流动迹线，以升力翼上弧面尾部负压强度小、下弧面底部正压强度小、流场干扰效应小、涡量小及影响范围小为对比指标，确定升力翼翼型方案IV；

5）确定适配升力翼翼型结构：

分别依据步骤41）速度‑气动拟合曲线比较分析优选的升力翼翼型方案I，步骤42）气动系数比较分析优选的升力翼翼型方案II，步骤43）升力翼表面气动压力系数比较分析优选的升力翼翼型方案III，步骤44）升力翼纵向对称面上流场结构比较分析优选的升力翼翼型方案IV，根据高速列车400 600km/h速度等级范围内升力翼的主要应用指标次序综合分析~确定；其中升力翼的主要应用指标重要程度为：气动力＞气动系数＞升力翼表面气动压力系数＞升力翼纵向对称面上流场结构。

2.根据权利要求1所述的一种基于限界约束的高速列车升力翼翼型的计算流体动力学选择方法，其特征在于：所述铁路建筑限界、桥隧限界条件为中国高速铁路标准限界范围，所述适用车型车辆限界为依据中国标准动车组横向截面轮廓的空间限界。

3.根据权利要求1所述的一种基于限界约束的高速列车升力翼翼型的计算流体动力学选择方法，其特征在于：高速列车升力翼装置在限界横断内车顶上部所述最大有效安装空间（S1）为长方形空间，所述长方形空间关于纵向中心对称，其最大横向尺寸为3400mm。