Współczynniki aerodynamiczne pojazdów kolejowych w zagadnieniu oddziaływania wiatru bocznego – wprowadzenie i badania wstępne

• Autorzy: Lalewicz Piotr , Bryja Danuta

Warianty tytułu

EN

Aerodynamic coefficients of railway vehicles in cross-wind – introduction and preliminary research

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach, w Europie i na świecie obserwuje się dynamiczny rozwój kolei dużych prędkości. Przy rosnących prędkościach, aerodynamika pojazdów kolejowych staje się coraz bardziej istotnym zagadnieniem. W artykule odniesiono się do problemu stateczności pojazdów przy wietrze bocznym i omówiono wpływ prędkości pojazdu na to zjawisko. Do określania sił aerodynamicznych występujących w tym zagadnieniu wykorzystuje się sześć współczynników aerodynamicznych. Opisano metody służące do ich wyznaczania – badania modelowe w tunelach wiatrowych i badania numeryczne z użyciem symulacji CFD (Computational Fluid Dynamics), w odniesieniu do normy PN-EN 14067-6:2018-10 i wymagań TSI. Przedstawiono wyniki wstępnych badań własnych, których celem było rozpoznanie możliwości obliczeniowych analiz CFD jako narzędzia do numerycznego wyznaczania współczynników aerodynamicznych na potrzeby dalszych badań prowadzących do opracowania metody analizy drgań układu pociąg – most, poddanego działaniu wiatru bocznego.

EN

In recent years, dynamic development of high-speed railways is observed in Europe and in the world. Due to the train speeds increase, aerodynamics of railway vehicles becomes more and more important issue. In the paper, the cross-wind stability problem of a railway vehicle and the influence of the train speed on this phenomenon is discussed. As a derailment risk analysis requires to determine in total six cross-wind aerodynamic forces and moments acting on a given vehicle, a knowledge of six associated with them aerodynamic coefficients is a groundwork for train stability analysis. Two most common methods of analysis of air flow around trains are pointed out – wind tunnel testing and CFD method (Computational Fluid Dynamics method). Both methods are described in the paper, in reference to PN-EN 14067-6:2018-10 and TSI requirements, and later a CFD method is applied to examine a basic train model. The main aim of this preliminary research was to recognize CFD method as a tool for a further research on cross-wind-induced vibrations of a train - bridge system.

Słowa kluczowe

PL

pojazdy kolejowe; stateczność przy wietrze bocznym; współczynnik aerodynamiczny; analiza numeryczna CFD

EN

railway vehicles; cross-wind stability; aerodynamic coefficient; CFD analysis

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Komunikacji Rzeczpospolitej Polskiej
• Czasopismo: Przegląd Komunikacyjny
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 74, nr 6
• Strony: 8--13
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Lalewicz Piotr

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego, Katedra Mostów i Kolei

autor

Bryja Danuta

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego, Katedra Mostów i Kolei

Bibliografia

• [1] Baker C. J. i inni, Evaluation of crosswind effects on rail vehicles through moving model experiments, The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications BBAA7, 2.09.2012, 1480-1489.
• [2] Baker C., A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals, The Aeronautical Journal, 2014, 118(1201), 201-228.
• [3] Baker C., Cheli F. i inni, Cross-wind effects on road and rail vehicles, Vehicle System Dynamics, 2009, 47, 983-1022.
• [4] Baker C.J., Train aerodynamic forces and moments from moving model experiments, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1986, 24, 227-251.
• [5] Bocciolone M., Cheli F. i inni, Crosswind action on rail vehicles: Wind tunnel experimental analyses, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2008, 96, 584-610.
• [6] Flaga A., Inżynieria wiatrowa, Arkady, 2008.
• [7] He X., Gai Y., Wu T., Simulation of train–bridge interaction under wind loads: a rigid-flexible coupling approach, International Journal of Rail Transportation, 2018, 6, 163-182.
• [8] Jorg F. i inni, Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environment, COST Office, University of Hamburg, 2007.
• [9] Li Y. L. i inni, Dynamics of wind–rail vehicle–bridge systems, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2005, 93, 483-507.
• [10] Lipecki T., Struktura wiatru i badania modelowe obciążenia wiatrem budowli prostopadłościennych, Politechnika Lubelska, 2015.
• [11] Olmos J. M., Astiz M. A., Non-linear vehicle-bridge-wind interaction model for running safety assessment of high-speed trains over a high-pier viaduct, Journal of Sound and Vibration, 2018, 419, 63-68.
• [12] PN-EN 14067-6:2018-10, Kolejnictwo - Aerodynamika - Część 6: Wymagania i procedury badań oddziaływania wiatru bocznego.
• [13] Rozporządzenie Komisji (UE) Nr 1302/2014 z dnia 18 listopada 2014 r. w sprawie technicznej specyfikacji interoperacyjności odnoszącej się do podsystemu „Tabor - lokomotywy i tabor pasażerski” systemu kolei w Unii Europejskiej.
• [14] Sima M. i inni, Computational fluid dynamics simulation of rail vehicles in crosswind: Application in norms and standards, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part F-Journal of Rail and Rapid Transit, 2015, 229, 635-643.
• [15] Simu E., Scanlan R.H., Wind Effects on Structures, Fundamentals and Applications to Design, John Wiley & Sons INC, 1996.
• [16] Suzuki M., Tanemoto K., Maeda T., Aerodynamic characteristics of train/vehicles under cross winds, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2003, 91, 209-218.
• [17] www.en.wikipedia.org/wiki/List_of_rail_accidents_(2000-2009), 31.03.2019.
• [18] www.en.wikipedia.org/wiki/List_ of_wind-related_railway_accidents, 31.03.2019.
• [19] Xu X. Y., Li Y. L., Dynamic analysis of wind-vehicle-bridge system based on rigid-flexible coupling method, Advances in Civil, Environmental, and Materials Research ACEM16, 28.08.2016.
• [20] Xu Y. L. i inni, Vibration of coupled train and cable-stayed bridge systems in cross winds, Engineering Structures, 2004, 26, 1389-1406.
• [21] Żurański J.A., Obciążenia wiatrem budowli i konstrukcji, Wydawnictwo Arkady, 1978.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).