veststuВестник Сибирского государственного университета путей сообщенияBulletin of Siberian State University of Transport1815-9265Сибирский государственный университет путей сообщения10.52170/1815-9265_2022_62_40veststu-76Research ArticleСТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРАBUILDING AND ARCHITECTUREЭкспериментальные измерения аэродинамики подвижного составаExperimental measurements of rolling stock aerodynamicsЛабутинН. А.LabutinN. A.

Никита Андреевич Лабутин – аспирант кафедры «Мосты»

Санкт-Петербург

Nikita A. Labutin – Post-graduate Student of the Bridge Department

St. Petersburg

labutin@pgups.ruДьяченкоЛ. К.DyachenkoL. K.

Леонид Константинович Дьяченко – доцент кафедры «Мосты», кандидат технических наук

Санкт-Петербург

Leonid K. Dyachenko – Associate Professor of the Bridge Department, Candidate of Engineering

St. Petersburg

leonid_dyachenko@mail.ruЛангА. В.LangA. V.

Андрей Владимирович Ланг – аспирант кафедры «Мосты»

Санкт-Петербург

Andrey V. Lang – Post-graduate Student of the Bridge Department

St. Petersburg

langandrew@mail.ruПетербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра IРоссияEmperor Alexander I St. Petersburg State Transport UniversityRussian Federation202230092022034048Copyright © Лабутин Н.А., Дьяченко Л.К., Ланг А.В., 20222022Лабутин Н.А., Дьяченко Л.К., Ланг А.В.Labutin N.A., Dyachenko L.K., Lang A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikstu.ru/jour/article/view/76

Рост скорости движения поездов на железных дорогах сопровождается существенным увеличением аэродинамического воздействия на конструкции, расположенные в непосредственной близости от оси пути. Особую важность данный фактор приобретает при развитии высокоскоростных железнодорожных магистралей (ВСМ). Определение нагрузок на конструкции при проектировании и строительстве ВСМ целесообразно выполнять путем численного моделирования в специализированных программных комплексах с обязательной верификацией разработанных расчетных моделей.В настоящей статье представлены результаты экспериментальных измерений внешней аэродинамики подвижного состава, курсирующего по линии Санкт-Петербург – Москва Октябрьской железной дороги. Изменения величины воздушного давления в точке при прохождении поездов измерялись высокочастотными мембранными датчиками давления. Установленная скорость движения поездов в местах измерения составляла до 140 км/ч для обычных пассажирских поездов и до 250 км/ч для высокоскоростного электропоезда «Сапсан». Анализ полученных результатов позволил получить картину распределения экстремальных величин избыточного и разреженного воздушного давления в зависимости от расстояния от оси пути и высоты над уровнем головки рельса для различных типов подвижного состава. На основе полученной картины распределения установлена степень снижения интенсивности воздушной волны от проходящего поезда в зависимости от расстояния от оси пути. Также выявлен периодический характер аэродинамического воздействия, вызванный наличием промежутков между вагонами, и определены его частоты для разных скоростей движения.Результаты, приведенные в данной работе, впоследствии могут быть использованы для верификации разработанных расчетных моделей аэродинамического воздействия движущихся высокоскоростных поездов на элементы инфраструктуры.

The increase in the speed of trains on railways is accompanied by a significant increase in the aerodynamic impact on structures located in close proximity to the axis of the track. This factor is of particular importance in the development of high-speed rail lines (HSR). It is advisable to determine the loads on structures during the design and construction of the HSR by numerical modeling in specialized software complexes with mandatory verification of the developed calculation models.This article presents the results of experimental measurements of the external aerodynamics of rolling stock running on the St. Petersburg – Moscow line of the Oktyabrskaya Railway. Measurements of changes in the air pressure at a point during the passage of trains were measured by high-frequency membrane pressure sensors. The set speed of trains at the measuring points was up to 140 km/h for ordinary passenger trains and up to 250 km/h for the Sapsan high-speed electric train. The analysis of the obtained results made it possible to obtain a picture of the distribution of extreme values of excess and rarefied air pressure depending on the distance from the track axis and the height above the level of the rail head for various types of rolling stock. Based on the obtained distribution pattern, the degree of decrease in the intensity of the air wave from the passing train is determined depending on the distance from the axis of the track. The periodic nature of the aerodynamic impact caused by the presence of gaps between cars was also revealed, and its frequencies for different speeds of movement were determined.The results presented in this paper can subsequently be used to verify the developed computational models of the aerodynamic impact of moving high-speed trains on infrastructure elements.

аэродинамикажелезнодорожный транспортвысокоскоростное сообщениеэкспериментальные измеренияaerodynamicsrailway transporthigh-speed communicationexperimental measurementsReferencesЧурков Н. А., Битюцкий А. А., Кручек В. А. Влияние воздушной среды на поезд // Проблематика транспортных систем. 2013. № 2. С. 20–26.Churkov N. A., Bityutsky A. A., Kruchek V. A. The influence of the air environment on the train. Problems of transport systems. 2013;2:20–26. (In Russ.).Поляков Б. О., Ватулина Е. Я. Взаимодействие высокоскоростного поезда с воздушной средой вблизи объектов инфраструктуры // Транспорт Российской Федерации. 2017. № 3 (70). С. 25–28.Polyakov B. O., Vaulina E. Ya. Interaction of a high-speed train with the air environment near infrastructure facilities. Transport of the Russian Federation. 2017;3(70):25–28. (In Russ.).Чурков Н. А. Аэродинамика железнодорожного поезда: принципы конструирования подвижного состава, минимизирующие воздействия воздушной сферы на железнодорожный поезд. М. : Желдориздат, 2007. 332 с.Churkov N. A. Railway train aerodynamics: principles of rolling stock design that minimize the effects of the air sphere on a railway train. М.: Zheldorizdat; 2007. 332 p. (In Russ.).Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 117, no. 1201. P. 201–228.Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 1. Fundamentals. The Aeronautical Journal. 2014;117(1201):201–228.Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application // The Aeronautical Journal. 2014. Vol. 118, no. 1202. P. 345–382.Baker C. J. A review of train aerodynamics. Part 2. Application. The Aeronautical Journal. 2014;118(1202):345–382.Baker C. J., Soper D. A full-scale experimental investigation of passenger and freight train aerodynamics // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part F : Journal of Rail and Rapid Transit. 2019. No. 234 (5). С. 1–41.Baker C. J., Soper D. A full-scale experimental investigation of passenger and freight train aerodynamics. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F. Journal of Rail and Rapid Transit. 2019;234(5):1–41.Full-scale experiment of transient aerodynamic pressures acting on a bridge noise barrier induced by the passage of high-speed trains operating at 380–420 km/h / Xiong Xiao-Hui, Yang Bo, Wang Kai-Wen [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 204. P. 1–9.Xiong Xiao-Hui, Yang Bo, Wang Kai-Wen, Liu Tang-hong, He Zhao, Zhu Liang. Full-scale experiment of transient aerodynamic pressures acting on a bridge noise barrier induced by the passage of high-speed trains operating at 380–420 km/h. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020;204:1–9.Yue Zhang, Dongping Wang. Numerical analysis of the aerodynamic characteristics of the open Line intersection of fast freight train with the speed of 160 km/h // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2125. P. 1–10.Yue Zhang, Dongping Wang. Numerical analysis of the aerodynamic characteristics of the open Line intersection of fast freight train with the speed of 160 km/h. Journal of Physics: Conference Series. 2021;2125:1–10.Moving model experiments on transient pressure induced by a high-speed train passing through noise barrier / Jian Du, Lei Zhang, Ming-zhi Yang [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 204.Jian Du, Lei Zhang, Ming-zhi Yang, Fan Wu, Kun Li. Moving model experiments on transient pressure induced by a high-speed train passing through noise barrier. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2020;204.Aerodynamic forces on railway acoustic barriers / D. Soper, S. Gillmeier, C. Baker [et al.] // Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2019. No. 191. C. 266–278.Soper D., Gillmeier S., Baker C., Morgan T., Vojnovic L. Aerodynamic forces on railway acoustic barriers. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics. 2019;191:266–278.Лазаренко Ю. М., Капускин А. Н. Аэродинамическое воздействие высокоскоростного электропоезда «Сапсан» на пассажиров на платформах и на встречные поезда при скрещении // Вестник ВНИИЖТ. 2012. № 4. С. 11–14.Lazarenko Yu. M., Kapuskin A. N. Aerodynamic effect of the high-speed electric train Sapsan on passengers on platforms and on oncoming trains when crossing. Bulletin VNIIZHT. 2012;4:11–14. (In Russ.).Горелик А. В., Шуваев В. В., Минаков Д. Е. Аэродинамическое воздействие скорости движения поезда на напольные устройства СЦБ // Наука и техника транспорта. 2013. № 2. С. 067–074.Gorelik A. V., Shuvaev V. V., Minakov D. E. The aerodynamic effect of train speed on the floor devices of the SCB. Science and Technology of Transport. 2013;(2):067–074. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.