随着高速列车运营速度的不断提升,高速气流扰动对弓网受流的影响非常明显。受电弓气动阻力占全车气动阻力的7%-14%。高速气流不仅对减阻降噪有直接的负面影响,而且也会引发受电弓结构的流致振动,使得弓网耦合振动越发明显。本文以改善受电弓气动特性为目的,基于计算流体动力学和有限元理论,分别建立受电弓空气动力学模型、受电弓双向流固耦合模型和弓网动力学模型,进行高速受电弓非定常气动特性和高速弓网受流特性的研究。首先,建立受电弓空气动力学模型,采用分离涡模拟方法(Detached-Eddy Simulation,DES)对不同滑板间距的受电弓滑板非定常气动力进行模拟。采用Solidworks软件,建立受电弓三维实体简化模型,并设置270mm、360mm、450mm、540mm和630mm五种滑板间距;将三维受电弓模型导入ICEM中创建流场计算区域,完成受电弓壁面和流场区域的网格划分,并绘制受电弓壁面边界层网格;将网格模型导入Fluent中,设定湍流模型、边界条件和求解算法,分析不同滑板间距的滑板气动力时域特性;此外,采用快速傅里叶变换法,获得滑板气动力功率谱密度,分析不同滑板间距的滑板气动力频域特性。结果表明,随着滑板间距增大,后滑板升力呈现由负升力向正升力过渡的变化趋势,并且波动范围较大。受电弓滑板不同间距气动力的功率谱密度差异明显,滑板间距改变对后滑板气动升力频谱特性影响较大。其次,建立受电弓双向流固耦合模型,研究不同速度等级下流固耦合作用和纯流场作用的受电弓气动力变化规律。基于计算流体动力学理论,采用雷诺时均方法(Reynolds Average Navier-Stokes,RANS),建立空气动力学模型;将受电弓空气动力学中的简化模型导入Transient Structure软件,建立受电弓结构动力学模型;采用Ansys Workbench协同仿真平台,通过System Coupling耦合求解器实现Fluent和Transient Structure中流体压力、结构位移数据交换,获得双向流固耦合作用的受电弓气动力。通过受电弓气动抬升力计算方法,等效计算受电弓各部件气动力,获得受电弓气动抬升力。结果表明,流固耦合作用下受电弓气动抬升力比纯流场作用时气动抬升力增大。随着运行速度的提高,流固耦合作用对受电弓各部件气动力、受电弓气动抬升力影响逐渐显著。最后,采用受电弓归算质量模型和接触网有限元模型,建立弓网耦合动力学模型。将考虑流固耦合作用的受电弓气动抬升力实时加载至弓网动力学模型中,分析受电弓流固耦合气动力对弓网动力学的影响。结果表明,考虑流固耦合作用将导致弓网接触力均值、最大值、最小值和标准差增大。