某A型地铁车辆车内外气动压力测试及分析

史鸿枫 杜晓杰 杨雨晨 葛永才

摘要：为分析影响地铁车辆行驶过程中舒适性能的因素，从车内外气动压力变化着手，通过对某A型地铁车辆进行实车试验，选择关键部位测试点进行车内外风压数据采集，并对采集结果进行记录，结果表明该车辆满足舒适性指标要求，通过分析得到风压的变化幅值、变化趋势，该分析结果为后续车辆舒适性能优化设计提供指导。

关键词：地铁车辆、舒适性、气动压力、实车试验

1 前言

随着城市人口的不断增多，而地铁车辆在行驶过程中不受路况限制，能够保证较高的准时性，因此乘坐地铁出行成为人们的主要交通方式，但随着车辆速度的提升，其客室内部的压力波动幅度也将出现变化，这直接影响司乘人员乘坐舒适性。因此为提高地铁车辆舒适性能，对车辆内外的气动压力分析十分重要。林建鹯等人对某120km/h速度等级的四编组地铁车辆进行气密性仿真计算，通过模拟列车在隧道中运行的车内外空气压力波动，获取车体外部和车辆客室内部空气压力变化情况[1]；唐闻天等人针对地铁舒适性，分析了与气动效应相关的阻塞比、列车运行速度、车体断面等设计参数及其变化规律[2]；陈勇等人采用实车测试方法对时速120km/h地铁进行空气动力学测试，分析压力变化的原因并指出空调压力波保护阀能够有效降低车外压力波动对车内气压变化的影响[3]。

本文以某A型地铁为试验对象，通过对其运行过程中的车内外气动压力的波动进行分析，得到压力变化规律，进而为后续车辆设计优化提供试验依据。

2 测点布置及试验工况

2.1测点布置

在车外和车内布置压力测点位置如图1所示，其中车内压力测点布置在车外压力测点内外对称位置，内外测点共10个。

压力测点的分布为：头车布置于1、2号车门旁边，并且左右对称。中间车布置于车厢中部车门旁边。将车厢内部压力测点依次编号为N1-N5，将车厢外部压力测点依次编号为 W1-W5。

图1 车体内外测点位置分布示意图

2.2试验工况及评价标准

车辆分别进行正向（站1-站10）、反向运行（站10-站1），在运行过程中对车内外压力值及变化幅值进行测量并记录结果。

为了进一步定量评定车内压力舒适性，依据以下两个标准进行判断：

TB/T 3503.3-2018《铁路应用—空气动力学标准》：车辆通过隧道时产生的车内瞬变压力应小于500Pa/1s和800Pa/3s；CJJ/T 298-2019《地铁快线设计标准》的相关要求：车辆客室任意3s时间内的压力变化值不应该大于700Pa，车辆客室任意1s时间内的压力变化值不宜大于400Pa。

3 车内、外压力测试结果及分析

通过压力采集器测得N1测点在车辆正向、反向运行过程中的压力值如图2、图3所示。表1和表2分别为车辆正向运行和反向运行时全线车内测点最大压力变化幅值、3s压力变化幅值及1s压力变化幅值。

图2 车辆正向运行时N1测点的压力时程曲线（站1-站10）

图3 车辆反向运行时N1测点的压力时程曲线（站10-站1）

由图2和图3可以看出：

（1）车辆由站台驶离并逐渐加速运行时车内测点压力下降，车辆快要到站并逐渐减速运行时车内测点压力上升；

（2）当车辆以较高的速度通过站台区间隧道截面突变位置处时会导致车内外压力产生急剧变化；

表1 车辆长度方向车内测点压力变化幅值及变化率幅值（站1-站10）

测点编号	Max(Pa)	Min(Pa)	3s变化值(Pa)	1s变化值(Pa)
N1	317.9	-990.4	539.2	293.7
N2	441.5	-900.4	539.7	292.9
N3	680.8	-557.7	575.6	314.7
N4	644.6	-722.1	577.2	318.5
N5	637.2	-684.7	572.8	316.9
W1	-18.3	-1397	565.3	365.1

表2 车辆长度方向车内测点压力变化幅值及变化率幅值（站10-站1）

测点编号	Max(Pa)	Min(Pa)	3s 变化值(Pa)	1s 变化值(Pa)
N1	393.5	-772.7	608.3	345.5
N2	716.2	-512.2	608.7	343.4
N3	688.8	-457.9	612.8	318.1
N4	738.8	-454.8	553.7	379.6
N5	727.6	-426.8	526.7	365.8
W1	1118.5	-482.9	700.3	470.5

由表1和表2分析可知：

（1）站1-站10运行时，车内压力测点任意3s压力变化率幅值分别为 539.2Pa、539.7Pa、575.6Pa、577.2Pa、572.8 Pa，任意1s压力变化率幅值分别为293.7Pa、292.9Pa、314.7Pa、318.5Pa、316.9 Pa，均在 TB/T 3503.3-2018《铁路应用—空气动力学标准》和 CJJ/T 298-2019《地铁快线设计标准》规定的范围之内。符合地铁设计规范舒适度评价标准。

由站10-站1运行时，车内压力四测点任意3s压力变化率幅值分别为608.3Pa、608.7Pa、612.8Pa、553.7Pa、526.7Pa，任意1s压力变化率幅值分别为345.5Pa、343.4Pa、318.1Pa、379.6Pa、365.8Pa，结果均符合TB/T 3503.3-2018《铁路应用—空气动力学标准》和CJJ/T 298-2019《地铁快线设计标准》的规定。

（2）车辆在行驶过程中，车内压力变化率由车辆端部位置向车辆中心位置逐渐变小。

（3）通过对车辆两侧的压力变化幅值和任意3s和1s内压力变化率幅值进行对比，能够看出，车辆两侧压力正峰值、负峰值存在不对称现象，但在任意3s和1s内压力变化率幅值的区别差异较小，即当车辆产生压力突变时，对车辆两侧的压力变化率幅值影响较小。

（4）正向运行时，车内最大压力变化和压力变化率存在的区间与车外测点分析得到的一致，这表明车内外的压力变化趋势是一致的。

4 结论

（1）车辆正向运行时车内压力变化率由中间车向端部车逐渐减小，反向运行时车内压力变化率由端部车向中间车逐渐减小。车内压力变化幅值和压力变化率幅值小于车外。

（2）车辆在通过站台等隧道截面突变位置时，车内压力变化幅度较大，同时车辆两侧的压力变化存在不对称现象，但车辆两侧任意3s和1s内压力变化率幅值的差异较小。

（3）车内压力变化幅值和压力变化率幅值较大的区间特点为隧道长度较长并且隧道截面突变较大。需重点关注此种线路，可能存在压力变化率幅值超出地铁客室舒适性标准的情况。

（4）车辆在运行时车体内外压差的绝对值由两端向中间车逐渐减小。由于头车和尾车的内外压差较大，可能会对乘客的耳感舒适度造成影响，需要适当优化车体结构和部件以提升密封性能，进而减少空气压力波动的影响。

参考文献

[1]林建鹯,李杨.某120km/h速度等级城轨车辆气密性设计[J].科技风,2022,(02):7-10.DOI:10.19392/j.cnki.1671-7341.202202003.

[2]唐闻天,王丽丽.基于乘客舒适性的快速地铁车辆气动设计参数研究[J].电力机车与城轨车辆,2018,41(02):34-38.DOI:10.16212/j.cnki.1672-1187.2018.02.009.

[3]陈勇,李杨,左建勇,等.时速120公里地铁快线空气动力学试验研究[J/OL].铁道科学与工程学报,1-11[2024-04-09].https://doi.org/10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20230590.