基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高速列车头部外形设计领域的基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，包括以下步骤：根据高速列车头部外形的设计要求对高速列车头部外形进行参数化建模生成多个三维头型；采用CFD计算程序耦合网格变形技术对三维头型进行网格划分和流场计算，获取高速列车气动性能，建立气动性能与三维头型之间的广义非线性模型；对广义非线性模型进行多科学设计生成满足气动性能要求的高速列车头部外形。本发明专利技术把列车外形参数化的思想和气动分析有效地结合在一起，并在一个集成平台中同时实现建模、气动分析及其优化全过程，实现了整个过程的完全自动化。

Collaborative design method for head shape of high-speed train based on multidisciplinary design

The invention discloses a high-speed train head shape collaborative design method based on multidisciplinary design in the field of high-speed train head shape design, which comprises the following steps: parameterized modeling of high-speed train head shape to generate multiple three-dimensional head shapes according to the design requirements of high-speed train head shape; and adopting CFD calculation program coupling. The three-dimensional head shape of high-speed train is meshed and the flow field is calculated by the combined mesh deformation technique, and the generalized nonlinear model between the aerodynamic performance and the three-dimensional head shape is established. The invention effectively combines the train shape parameterization idea with the aerodynamic analysis, and simultaneously realizes the whole process of modeling, aerodynamic analysis and Optimization in an integrated platform, thus realizing the complete automation of the whole process.

【技术实现步骤摘要】
基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法
本专利技术设计高速列车头部外形设计，具体涉及一种基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法。
技术介绍
列车空气动力学与列车外形有着密切的关系，其外形的流线化程度直接影响整列车的空气动力性能。对高速列车外形最佳造型的要求，很大程度是为了改善列车空气动力性能。因此，列车外形不断改变的过程也是列车运行速度不断提高和列车空气动力学研究不断深入的过程。随着列车运行速度的提高，列车外形设计必须充分考虑具有良好的空气动力学性能，需要进行流线化的外形设计。进行列车外形设计时，首先根据给定的外形控制尺寸，对外形的控制型线进行设计。控制型线设计时，既要考虑气动性能，又要考虑外形美观，兼顾结构及工艺的要求，同时前窗、侧窗位置的设置还要考虑司机室的内部布置，司机的了望条件等。由于前窗、侧窗和车门的形状、空间位置和开启方式等因素对外形影响很大，外形设计时必须对这些因素予以充分考虑。列车外形设计需要考虑的气动性能参数包括气动阻力，气动噪声，列车交会压力波，列车风，列车/隧道耦合气动效应，大风环境下列车横向力、升力、倾覆力矩等多个方面，这些参数除了跟列车气动外形本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据高速列车头部外形的设计要求对高速列车头部外形进行参数化建模生成多个三维头型；S2：采用CFD计算程序耦合网格变形技术对三维头型进行网格划分和流场计算，获取高速列车气动性能，建立气动性能与三维头型之间的广义非线性模型；S3：对广义非线性模型进行多科学设计生成满足气动性能要求的高速列车头部外形。

【技术特征摘要】
1.基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据高速列车头部外形的设计要求对高速列车头部外形进行参数化建模生成多个三维头型；S2：采用CFD计算程序耦合网格变形技术对三维头型进行网格划分和流场计算，获取高速列车气动性能，建立气动性能与三维头型之间的广义非线性模型；S3：对广义非线性模型进行多科学设计生成满足气动性能要求的高速列车头部外形。2.根据权利要求1所述的基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，所述S1中对高速列车头部外形进行参数化建模包括以下步骤：S11：根据设计要求构造高速列车头部外形的主控制型线；S12：采用Hicks-Henne型函数法实现主控制型线参数化，构建参数化表达式；S13：根据设计要求确定参数化表达式中设计变量的取值范围；S14：根据设计变量的取值范围采用正交实验设计法生成气动阻力学科和气动噪声学科六因素五水平实验点；S15：根据高速列车三维头型参数驱动自动建模方法，生成实验点对应的高速列车三维头型。3.根据权利要求2所述的基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，所述S15中根据得到的实验点生成对应的高速列车三维头型包括以下步骤：S151：根据实验点处的参数向量生成主控制型线；S152：根据主控制型线生成中间型线；S153：对由中间型线组成的网格进行型线自动分割；S154：依照分割后的空间NURBS曲线段的空间拓扑结构，自动生成曲面片状的高速列车头部外形样本。4.根据权利要求1所述的基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，所述气动性能包括气动阻力和气动噪声。5.根据权利要求4所述的基于多学科设计的高速列车头部外形协同设计方法，其特征在于，所述建立气动性能与三维头型之间的广义非线性模型包括以下步骤：S21：敏度分析：对气动阻力和气动噪声进行敏度分析，依照各变量对气动阻力和气动噪声性能影响的显著性对设计变量进行筛...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘堂红，田红旗，李明，梁习锋，许平，韩锟，姬鹏，郭子健，苏新超，
申请(专利权)人：中南大学，中车唐山机车车辆有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43