2.2　研究方法

研究会车压力波可采用线路实测的方法。采用风压板测量列车通过时产生的压力变化，即在线路一侧一定距离处竖一块立板，其上安装动态压力传感器。例如美国联邦铁路总署[4]就利用集装箱侧面不同高度处安装传感器的方法测量列车通过时产生的压力波变化（图2-1）。在既有线上也可以直接在列车侧壁上安装压力传感器，调度两列车在平直路段上以希望的速度交会。压力传感器要求体积小、厚度薄、响应速度快，以使得安装在列车侧壁上时不对附近流场产生过大的影响，并能实时响应气体压力的瞬态变化。英国、法国、德国、日本等国的研究者都采用实车交会测量方法研究过会车压力波。例如日本学者Komatsu和Yamada[16]1999年利用一列300系高速列车驶过其他列车，测得了通过列车产生的压力瞬态值和车体的横向加速度；意大利学者Mancini G.和Malfatti A.[17]在2002年通过对两列ETR500高速列车、ETR500与普通货车的会车测试，比较了不同速度下的会车压力波。英国的工程师测量了列车以一定速度经过一静止列车时的压力变化情况[11]。中国的研究人员也在京津城际铁路和京沪高速铁路线上做过实车交会实验，测量了京津线300km/h、330km/h、360km/h等速会车和京沪线340～360km/h不等速会车的车外压力波[18]。图2-2为京津城际铁路上实验列车侧壁传感器安装情况，图2-3为测量所用传感器及其性能参数。

图2-1　风压板法测量列车通过压力波[4]

线路实测方法应该是最真实可靠的方法，只要压力传感器足够小且响应频率满足要求，数据采集和处理方式合理，线路实测是比较可靠的研究会车压力波的方法。但是线路实测成本很高，受线路运营状况限制，通常只能在专门的实验线路上或未开始运营的新建线路上进行，因此大规模的实测常无法实施。

会车压力波也可以采用模型测量的方法进行研究。利用某种机械机构或气动机构使列车模型以一定速度弹射运动，在模型轨道一侧安装风压板和压力传感器，可以测量模型列车通过时产生的压力变化情况。图2-4显示了一种模型列车弹射装置。实验开始前，卷扬机转动，通过牵引钢丝绳和同步钢丝绳拉动列车模型和牵引车、发射车后退到初始发射位置，此时橡筋绳受拉伸被张紧。发射时控制机构通过电磁铁触发牵引车上的挂钩脱钩，发射车在橡筋绳张力的作用下向前运动，并通过发射钢丝使列车模型以两倍发射车速度发射出去。

图2-2　传感器在列车侧壁上安装

图2-3　动态压力传感器

图2-4　列车模型弹射装置原理图

1—卷扬机；2—牵引钢丝绳；3—牵引车；4—电磁铁；5—挂钩；6—发射车；7—橡筋绳滑轮；8—橡筋绳；9—发射钢丝；10—增速滑轮；11—牵引钢丝滑轮；12—列车模型；13下部牵引钢轨；14—上部试验钢轨；15—同步弹性挂钩；16—同步钢丝滑轮；17—同步钢丝绳；18—发射弹性挂钩

如果采用两套能相向发射的列车模型弹射装置，并保证模拟规定的线间距，可通过在列车模型上装压力传感器来模拟测量会车压力波变化情况。模型测量由于可以较方便地改变模型列车的发射速度，改变模型列车的外形尺寸和表面粗糙度，因此可以进行较大量工况的测量实验。2002年英国学者Johnson T和Dalley S[21]就采用1/25比例的ETR500高速列车动模型进行了弹射试验。然而，模型试验是缩小尺度的模拟实验，列车模型尺寸通常为1/20～1/37实车尺寸。因此测量压力数据与实车测量得到的压力变化在许多情况下并不一致，还需按一定的比拟关系进行修正。同时模型尺度太小也使测量精度难于保证。

随着计算流体力学的发展，采用流体流动微分方程数值求解的方法来研究会车压力波问题已经不成为问题。特别是移动网格技术可以比较真实地仿真模拟两交会列车的实际运行情况，而且不受气候环境、线路状况和实车测量成本的约束。因此，较多的研究者采用仿真计算的方法研究会车压力波问题。日本[22]、韩国[23]、法国[24]、德国[25]和中国[8-10，13-14，26-28]的学者都曾采用计算流体力学方程数值计算的方法研究过会车压力波问题。

尽管影响会车压力波变化的因素很多，但最重要的影响因素是车速、侧壁间距和头尾形状。列车头尾形状可能的变化方式非常多，涉及相当多的参数。若不考虑列车头尾形状的影响，只讨论会车压力波与列车交会速度和侧壁间距之间的变化关系，则有可能获得任意会车速度条件下会车压力波随车速与侧壁间距的变化规律。下面以CRH3型高速动车组为例研究会车压力波的变化规律，并以此为基础，后面对三种头形列车的会车压力波变化规律进行比较。