目的:了解和量化铁路车辆机械故障对铁路基础设施退化的影响有利于提高列车安全性,合理制定维护策略,以及优化轨道收费模型.本研究为欧洲Shift2Rail-Assets4rail项目的一部分(报告以非公开的形式被递交),旨在量化铁路车辆机械故障对轨道退化的影响,为调整现有的轨道收费模型提供合理的建议.
创新点:1. 分析一个常见的铁路车辆机械故障(擦伤)对四个用于轨道收费模型的量化指标的影响; 2. 引入金代理模型方法以减少仿真次数.
方法:1. 建立一个带有擦伤的机车多体动力学模型,并考虑车轮和轨道的柔性; 2. 引入金代理模型以量化车辆速度和擦伤尺寸对四种损坏机制(轨道沉降、轨道构件疲劳、钢轨磨耗和钢轨滚动接触疲劳)的影响.
结论:1. 轨道沉降、轨道构件疲劳和钢轨磨耗随着擦伤尺寸和车速的增加而急剧增加,并且这种增加趋势随着擦伤尺寸和车速的增加而变得更加尖锐. 2. 在低速时,滚动接触疲劳随着擦伤尺寸的增加而逐渐增加;在高速时,它首先急剧增加,然后逐渐减小. 3. 擦伤对轨道构件疲劳和钢轨磨耗的影响最为显著,其次是轨道沉降和滚动接触疲劳.

关键词组：铁路车辆故障;轨道退化;量化;轨道收费;擦伤

目的:比例换向阀阀口节流槽的耦合节流效应使其腔内流场的流量系数存在复杂性与动态性特征.本文旨在研究比例换向阀腔内流量系数的近似表达方法,以指导其设计.
创新点:1. 在三维流场解析与台架实验结果基本一致的基础上,推导出了比例换向阀流量系数的极限饱和度模型; 2. 结合正交试验方法,构建并标定了比例换向阀有限变量空间的流量系数近似模型.
方法:1. 通过台架试验,验证比例换向阀三维计算流体动力学(CFD)仿真的有效性(图9和10); 2. 在台架试验与仿真解析结果基本一致的前提下,引入极限饱和度概念,推导出流量系数的极限饱和度表达(公式(9)和(10)); 3. 结合现有滑阀节流槽结构形态,构建基于三种典型节流槽结构(O型、U型和C型)的设计变量空间(图13); 4. 结合试验设计方法,构建并标定有限变量空间的流量系数近似模型(图19).
结论:1. 在台架试验与仿真解析结果基本一致的基础上,推导出了比例换向阀流量系数的极限饱和度模型; 2. 通过试验设计方法,得到了比例换向阀开启过程的流量系数变化趋势,即先增后减; 3. 推导和标定了比例换向阀有限变量空间的流量系数近似模型,可有效实现近似模型化表达.

关键词组：流量系数;比例换向阀;耦合节流槽;饱和流量

目的:液力缓速器高速运行时会产生气蚀侵蚀现象,进而对缓速器的缓速制动及平稳运行产生不利影响. 本文旨在对液力缓速器的气蚀湍流场进行分析,探究气蚀侵蚀发生的原因,为进一步探究减轻气蚀侵蚀的措施提供理论基础.
创新点:1. 引入目前先进的尺度解析模拟方法来模拟湍流场,使湍流场数值计算结果更加真实; 2. 采用气液两相流模型和气蚀模型相结合的方法模拟气蚀现象,并通过流场中的气泡体积来衡量气蚀侵蚀程度.
方法:1. 采用不同的湍流模型解析液力缓速器四种转速下的湍流场,并通过比较流场结果得出不同湍流模型模拟流场的区别(图3~5和7); 2. 采用应力混合涡(SBES)模型模拟高转速下的气蚀流场,并提取流场处理结果来分析缓速器内部气泡体积的瞬态演变规律(图8和9); 3. 提取不同时刻的叶片温度来分析气蚀引起的能量变化(图12和13).
结论:1. 在四大湍流模型中,SBES模型模拟湍流场涡旋的能力最强且提取出的制动转矩结果与实验值最接近; 2. 高转速下的气蚀侵蚀情况严重,流场中出现的气泡体积较大,并且,随着时间推移气泡体积累积对缓速器运行将产生不利影响. 3. 气蚀流场中出现的气泡会影响缓速器湍流场中的涡旋,并且影响缓速器的叶片温度变化.

关键词组：尺度解析模拟;液力缓速器;气蚀;非稳态流场

目的:因NEPE推进剂具有独特的燃烧性能和燃烧机理,现有模型无法直接用于其燃烧相关研究.本文希望对现有模型进行改进,并基于自由基裂解模型建立一个计算NEPE推进剂燃速的模型,然后对NEPE推进剂燃烧进行观察和测量,研究其燃烧特性,以期为所建模型提供数据支持.
创新点:1. 基于自由基裂解模型,计算每种成分同时存在多种粒径分布的NEPE推进剂的燃速; 2. 建立试验系统,观察NEPE推进剂燃烧火焰形态.
方法:1. 通过理论推导,构建燃速与推进剂成分的粒径 和含量以及燃烧室压强之间的关系,得到燃速计算公式(公式(1)-(10)); 2. 利用建立的模型,计算四种不同粒径分布的NEPE推进剂在不同压强下的燃速,并与试验结果进行比较,验证模型的可行性(图7); 3. 建立试验系统,测量NEPE推进剂的燃速和燃面温度,并观察其燃烧火焰(图5和6),分析不同成分对燃烧的影响.
结论:1. 基于自由基裂解模型建立的燃烧模型可用于预测NEPE推进剂的燃速; 2. 铝颗粒的添加对NEPE推进剂的燃烧火焰形态和气相反应都有较大影响; 3. 氧化剂(高氯酸铵和奥克托今)颗粒的粒径对燃速的影响比铝颗粒的粒径对燃速的影响大,但对燃速压强指数的影响相对较小.

关键词组：NEPE推进剂;燃烧;自由基裂解模型;试验研究

目的:超燃冲压发动机的点火过程是超声速燃烧领域的重要课题之一.目前,针对超燃冲压发动机燃烧室点火过程的研究以实验研究为主,数值研究则相对较少.本文旨在基于大涡模拟研究点火位置对点火过程的影响,并在此基础上分析导致点火失败的原因.
创新点:1. 基于大涡模拟,研究点火位置对点火过程建立的影响; 2. 发现了流动耗散和直接吹熄两种熄火模式.
方法:1. 基于CHEMKIN,选择合适的化学反应机理; 2. 在简化化学反应机理的基础上,利用大涡模拟研究不同点火位置对点火过程的影响; 3. 分析数值仿真数据,寻找能成功实现点火的点火位置,并探讨导致点火失败的因素.
结论:1. 在凹腔后缘处点火可以成功实现发动机点火; 2. 发现了两种点火失败的模式,即流动耗散模式和直接吹熄模式; 3. 流动耗散模式主要发生在凹腔前缘和凹腔中部,而直接吹熄模式主要发生在剪切层中.

关键词组：点火过程;凹腔;超声速燃烧室;数值模拟