随着我国高速铁路的快速发展,高速列车的运行速度也不断提高,随之而来的能耗问题、环境污染问题日益突出。列车在进入高速运行状态后,空气阻力成为高速列车的主要阻力来源,气动噪声成为高速列车的主要噪声来源,因此,如何降低高速列车的气动阻力,减小高速列车的气动噪声已经成为事关节能与环保的重要课题。由于高速列车的车端连接处对全车的气动性能具有重要影响,所以,开展不同形式风挡的气动性能的研究已十分必要,该研究结果还可为今后高速列车风挡的设计和优化提供参考依据。本文利用三维建模软件建立了三辆编组的高速列车模型作为风挡研究的载体;将高速列车风挡归纳概括为5类:内风挡、全封闭外风挡、闭合式半风挡、带缝式半风挡、内偏置式半风挡;并且定义了两种半风挡的具体参数:带缝式半风挡的缝宽系数以及内偏置式半风挡的内偏置系数。采用雷诺时均法对不同形式风挡的高速列车进行了稳态流场计算,根据计算结果完成了流场的基本特性、列车气动阻力和气动升力分析。首先,流场的基本特性分析结果表明:外风挡的存在使得外流场和风挡内的空腔流场形成了一定程度的阻隔,导致空腔内部气体流动速度降低,端面负压减小,有利于空调进风。其次,对不同形式风挡的气动阻力的研究表明:内风挡的减阻效果最差,全封闭外风挡的减阻效果最好,其气动阻力系数比内风挡的降低了约20%;内偏置式半风挡和带缝式半风挡减阻效果一般,不及闭合式半风挡;增加半风挡的缝宽或内偏置量,列车的气动阻力也会随之增加,因此,在进行风挡设计时,应尽量控制半风挡的缝宽与内偏置量。最后,对不同形式风挡的气动升力的研究表明:各风挡形式的高速列车头车升力系数差别不大;全封闭外风挡的高速列车尾车气动升力系数最小,在300km/h时,其尾车气动升力系数仅为0.023;其余风挡形式的高速列车尾车气动升力系数差别很小。应用大涡模拟方法完成了列车周围非稳态流场模拟计算,获得了列车表面的脉动压力,将脉动压力转换为频域信息,然后对列车表面偶极子声源分布进行了频谱分析。首先,对同一风挡形式的高速列车表面噪声进行研究以探寻整车表面气动噪声分布的一般规律,研究结果表明:同一风挡形式的高速列车表面声压级随着列车速度的增加而增大;单一速度工况下,列车表面声压级随频率的增加而降低;车端连接处的表面偶极子声源声压级大于全车表面偶极子声源的声压级,在300km/h速度工况低频范围内,其差值约20dB~40dB,由此可知,车端连接处是全车重要的噪声来源。其次,比较相同速度时不同风挡形式的列车表面偶极子声源的声压级频谱发现:全封闭外风挡和闭合式半风挡的降噪效果较好,带缝式半风挡和内偏置式半风挡的降噪效果一般,内风挡的降噪效果最差;在300km/h速度工况时,相较于内风挡而言,全封闭外风挡的表面声压级降低了25dB~40dB,闭合式半风挡的表面声压级降低了15dB~30dB。最后,分析了不同半风挡参数的变化对列车气动性能的影响,结果表明:带缝式半风挡的缝宽系数对风挡附近的表面偶极子声源最大声压级影响不大;当内偏置式半风挡的内偏置系数小于0.04时,风挡附近的表面偶极子声源最大声压级也随之增大。采用FW-H远场噪声模型,计算了风挡断面内的远场噪声,并分析其衰减规律,五种不同形式风挡的表面声压级均随测点距车体表面距离的增加而降低,此变化趋势符合对数衰减规律;对不同风挡形式在距离车体表面5m处的声压级进行比较发现:全封闭外风挡的降噪效果最好,闭合式半风挡的降噪效果次之,带缝式半风挡和内偏置式半风挡的降噪效果不佳,内风挡的降噪效果最差。