近年来,随着高速铁路的不断发展与壮大,高速列车的运营速度不断提升,与此同时,各种列车空气动力学问题也越来越突出。由于列车气动性能与列车头型外形之间有着非常密切关系,利用优化算法将参数化列车几何模型与计算流体力学仿真相结合是列车设计研究的一个新方向。现有高速列车参数化几何模型设计变量偏多、模型表述复杂,设计变量的增多使计算流体力学的计算量成几何级数增加,这在工程上难以忍受。在近十多年内,基于偏微分方程(Partial Differential Equation,简称PDE)的建模方法可以用来解决过渡曲面的构造、曲面交互设计等方面的问题。本文将偏微分方程参数化建模的方法引入到列车头型参数化设计中,并用该方法生成新型参数化的列车头型。本文将列车头型划分为17个面片,然后用有限差分的数值方法求解每个面片对应的偏微分方程,并以偏微分方程的解来逼近车头划分面片,得到参数化的PDE车头面片,将所有PDE车头面片拼接起来,并通过逆向工程软件Geomagic的网格生成技术便可得到具有网格信息的新型参数化列车头型。由于相邻面片之间共用一条边界边及边界切线,因此面片之间的拼接是光滑的,满足列车头型流线型的设计思路。而后研究了边界边与轮廓线形变、边界切线方向改变、偏微分方程三参数调整对单面片和列车头型形状的影响,并用轮廓线形状的改变控制列车头型大范围形状的形变,用边界边形变控制列车头型局部相邻面片的形状的改变,用边界切线方向改变控制局部面片曲率大小、用偏微分方程三参数的调整对局部形状进行微调,实现了用少量的参数对列车头型形状同时进行大范围和局部调整的目标,提高了优化效率,为高速列车流线型头型设计提供了更高的设计自由度。同时本文亦开发出一款基于偏微分方程的高速列车头型参数化设计系统,用户可通过调整设计参数的大小来控制列车头型形状,以生成新的不同形状的高速列车头型。