受电弓气动抬升力是弓网接触力的重要组成部分,随着列车运行速度的提高,受电弓气动抬升力的改变对弓网接触力的影响加剧。受电弓有开口和闭口两种运行方式,但受电弓纵向结构不对称,开闭口运行工况下受电弓气动抬升力也不相同,在列车运行方向改变后还需调节气囊系统以调节静态抬升力。因此,优化受电弓气动抬升力并保证开闭口运行工况下受电弓气动抬升力的一致性对减缓气囊系统的疲劳损坏、降低弓网事故发生率有重要意义。本论文主要结合计算流体力学与多体系统动力学方法,研究了无侧风条件下受电弓滑板、上臂杆、下臂杆及导风板等结构对受电弓气动性能、气动抬升力的影响,并基于上述变量建立了受电弓气动抬升力代理模型,采用遗传算法对受电弓气动抬升力进行多目标优化。首先,研究了双滑板受电弓滑板间距对受电弓气动抬升力的影响规律。建立0 mm～900 mm范围内14种不同间距的滑板模型,并数值模拟了300 km/h双滑板受电弓的气动特性,研究结果表明:开口受电弓气动抬升力随滑板间距的增大呈现先增大后减小的趋势;闭口受电弓气动抬升力基本随滑板间距的增加而增大。此外,研究对比了开闭口且300 km/h速度运行工况下单、双滑板受电弓的气动性能,开口运行工况下两种受电弓的气动抬升力基本相同,闭口运行工况下单滑板受电弓的气动抬升力较小,但双滑板受电弓滑板气动阻力比单滑板受电弓气动阻力大26%～30%,并且单滑板受电弓的远场气动噪声平均比双滑板受电弓小4 d BA。因此,单滑板受电弓的气动性能及气动噪声性能较优。其次,研究了受电弓上、下臂杆直径对受电弓气动抬升力的影响规律。建立了7种不同直径上臂杆的受电弓模型和7种不同直径下臂杆的受电弓模型并对其气动特性进行数值模拟计算,研究结果表明:开口运行工况下上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增加而增大,随着下臂杆直径增大而减小,但下臂杆直径对受电弓气动抬升力的影响较小;闭口运行工况下上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增大而减小、随着下臂杆直径增加而增大。然后,提出了加装导风板优化受电弓气动抬升力的计算方法及优化流程,使受电弓开闭口运行时的气动抬升力基本相等并满足标准要求。加装0°导风板的受电弓开闭口运行工况的气动抬升力均为正值,但幅值不相等。通过对独立导风板的气动特性进行计算得到:开口工况下导风板气动升力随导风板角度绝对值增加而减小;闭口工况下导风板气动升力随导风板角度绝对值的增加而增大,且基本呈线性变化。综合受电弓计算结果及独立导风板的气动特性规律,可预估最优导风板角度范围,通过在该角度范围内对导风板及受电弓进行数值模拟可得到最优导风板。加装导风板优化受电弓气动抬升力的方法及优化流程具有普适性,能够应用于各种型号的受电弓,可为受电弓气动设计优化提供参考。最后,基于传统的约束改善期望加点准则提出了一种新的寻优约束改善期望加点准则,利用单目标、多目标及带约束的多目标测试函数对比了两种加点准则的优化效率。以上臂杆直径、下臂杆直径和导风板角度为优化变量,根据寻优约束改善期望加点准则建立代理模型,设计空间约束条件为上臂杆直径小于下臂杆直径。以受电弓开闭口气动抬升力差最小、开闭口整弓气动阻力最小为优化目标,气动抬升力满足标准为约束,利用第二代非支配排序遗传算法进行多目标优化计算,得到多目标优化的Pareto优化解集。最优模型的开闭口气动抬升力分别为36.1 N、39.9 N,与静态抬升力相加后弓网接触力满足标准,同时开闭口运行工况的气动抬升力差值仅为3.8 N。