一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法、设备及介质

本申请实施例涉及但不限于轨道交通，尤其涉及一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法、设备及介质。

背景技术：

1、高速磁悬浮列车作为新一代高速轨道交通装备的重要发展方向，具有运行速度高、爬坡能力强、振动噪声低、运行平稳性好等优点。与传统轮轨列车不同，磁悬浮列车依靠电磁悬浮系统维持车体与轨道之间的非接触运行状态，悬浮间隙通常保持在较小范围内，当外部气动载荷发生变化时，悬浮系统需要及时进行动态调节，以保证列车运行稳定性。因此，在高速磁悬浮列车设计和安全评估过程中，除需要关注列车气动阻力、升力、侧向力等常规气动指标外，还需要进一步考虑气动扰动对悬浮系统工作状态的影响。相关研究表明，横风下车体运动会影响高速列车气动性能，而高速磁悬浮列车底部结构也会对气动升力产生明显影响，说明横风气动载荷与磁悬浮列车运行稳定性之间存在密切关系。除明线横风环境外，高速磁悬浮列车还可能面临低真空环境、隧道运行环境、线路风环境变化以及更高速度条件下的随机扰动等复杂情况。在这些条件下，空气阻力、气动载荷、压力波动以及车体运动响应均可能发生变化，并进一步影响列车运行安全性。已有研究分别对低真空条件下高速磁浮列车空气阻力特性、过隧道时气动载荷对常导高速磁浮系统的影响等问题进行了分析，说明高速磁浮列车在不同运行环境下均需要开展气动载荷与安全性能评估。但是，当前研究多数仍以空气阻力、升力、侧向力、压力波动或运行平稳性等指标作为主要分析对象，对磁悬浮列车特有的悬浮间隙动态波动特征关注不足。

2、目前高速磁悬浮列车横风安全评价方法主要通过计算流体力学分析列车在横风作用下产生的升力、侧向力及滚转力矩等气动力参数，或者利用车辆动力学模型研究列车运行稳定性及动力学响应特征。虽然上述方法能够从不同角度反映列车运行状态，但仍存在一定局限性。一方面空气动力学分析与车辆动力学分析相互独立，没有考虑气动力与悬浮系统之间的动态耦合作用，另一方面现有评价指标没有兼顾悬浮间隙这一核心参数，同时也缺少能够结合横风风速、气动力变化和悬浮间隙动态响应的风险分级评价方法，导致现有评价结果无法真实反映横风环境下列车的实际运行状态，难以实现对列车运行风险的精准定量评估与安全预警。

技术实现思路

1、以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非为了限制权利要求的保护范围。

2、本申请实施例提供了一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法、设备及介质，可联合气动仿真与动力学仿真计算悬浮间隙，并通过悬浮间隙的动态变化实现高速磁悬浮列车横风风险的分级评判。

3、本申请实施例提供了一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，包括：构建高速磁悬浮列车的三维气动计算模型；通过所述三维气动计算模型根据列车运行速度以及预设的施加于列车的横风速度进行仿真计算，得到列车车体表面压力分布；根据所述列车车体表面压力分布对列车表面压力进行积分计算，得到对应的所述横风速度下的升力数据和侧向力数据；根据所述升力数据和所述侧向力数据构造目标激励载荷；构建所述高速磁悬浮列车的动力学模型，将所述目标激励载荷输入所述动力学模型进行仿真计算，得到列车车体在对应的所述横风速度下的悬浮间隙响应数据；根据所述悬浮间隙响应数据确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级。

4、在本申请一实施例中，所述根据所述升力数据和所述侧向力数据构造目标激励载荷，包括：将所述升力数据的作用方向确定为车体垂向方向，将所述侧向力数据的作用方向确定为车体横向方向；分别对所述升力数据和所述侧向力数据中的数值波动数据进行平滑处理，得到标准升力数据和标准侧向力数据；根据所述标准升力数据和所述标准侧向力数据构造目标激励载荷，所述目标激励载荷为所述动力学模型的外部载荷。

5、在本申请一实施例中，所述根据所述标准升力数据和所述标准侧向力数据构造目标激励载荷，包括：将所述标准升力数据和所述标准侧向力数据等效施加于列车车体的质心位置，或施加于代表气动力作用效果的车体参考点上，得到目标激励载荷。

6、在本申请一实施例中，所述根据所述悬浮间隙响应数据确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级，包括：对所述悬浮间隙响应数据进行特征提取，得到悬浮间隙特征参数；根据所述悬浮间隙特征参数确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级。

7、在本申请一实施例中，所述悬浮间隙特征参数至少包含以下之一：最大间隙偏差，峰峰值，均方根值。

8、在本申请一实施例中，所述悬浮间隙特征参数包括所述最大间隙偏差、所述峰峰值和所述均方根值；所述根据所述悬浮间隙特征参数确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级，包括：根据所述最大间隙偏差、所述峰峰值和所述均方根值，确定悬浮间隙波动趋势；根据所述悬浮间隙波动趋势确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级。

9、在本申请一实施例中，所述三维气动计算模型的气动计算域包括列车周围空气区域，所述列车周围空气区域的边界条件包括以下至少之一：来流入口，压力出口，横风入口，地面，车体壁面。

10、在本申请一实施例中，所述动力学模型至少包括以下之一：车体刚体模型，悬浮支撑系统模型，轨道约束模型，外部载荷输入接口。

11、另一方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当至少一个所述程序被至少一个所述处理器执行时实现如前面的高速磁悬浮列车横风风险分级方法。

12、另一方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如前面所述的高速磁悬浮列车横风风险分级方法。

13、本申请实施例提供了一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法、电子设备及计算机可读存储介质。该方法先构建高速磁悬浮列车的三维气动计算模型，并通过三维气动计算模型根据列车运行速度以及预设的施加于列车的横风速度进行仿真计算，得到列车车体表面压力分布；然后根据列车车体表面压力分布对列车表面压力进行积分计算，得到对应的横风速度下的升力数据和侧向力数据，再根据升力数据和侧向力数据构造目标激励载荷；在构建高速磁悬浮列车的动力学模型之后，将目标激励载荷输入动力学模型进行仿真计算，得到列车车体在对应的横风速度下的悬浮间隙响应数据，随后根据悬浮间隙响应数据可确定高速磁悬浮列车的横风风险等级。本申请实施例先通过三维气动模型仿真得到升力数据和侧向力数据，并据此构造目标激励载荷，再将目标激励载荷输入动力学模型求解悬浮间隙响应数据，并根据悬浮间隙响应数据判定横风风险等级。本申请实施例将气动分析与动力学联合分析，能够有效考量气动力与悬浮系统之间的耦合关系，同时以悬浮间隙作为评价参数，实现基于悬浮间隙波动状态对列车横风运行风险的分级判定。

1.一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述根据所述升力数据和所述侧向力数据构造目标激励载荷，包括：

3.根据权利要求2所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述根据所述标准升力数据和所述标准侧向力数据构造目标激励载荷，包括：

4.根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述根据所述悬浮间隙响应数据确定所述高速磁悬浮列车的横风风险等级，包括：

5.根据权利要求4所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述悬浮间隙特征参数至少包含以下之一：最大间隙偏差，峰峰值，均方根值。

6.根据权利要求5所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述悬浮间隙特征参数包括所述最大间隙偏差、所述峰峰值和所述均方根值；

7.根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述三维气动计算模型的气动计算域包括列车周围空气区域，所述列车周围空气区域的边界条件包括以下至少之一：来流入口，压力出口，横风入口，地面，车体壁面。

8.根据权利要求1所述的一种高速磁悬浮列车横风风险分级方法，其特征在于，所述动力学模型至少包括以下之一：车体刚体模型，悬浮支撑系统模型，轨道约束模型，外部载荷输入接口。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行如权利要求1至8中任意一项所述的高速磁悬浮列车横风风险分级方法。