随着我国铁路事业的高速发展,列车的运行速度也在不断提高,列车空气动力学问题显得越来越突出。我国铁路沿线地形和地貌复杂,不少地区常年遭遇大风侵扰,形成多种不同形式的路堑。由于路堑坡率、路堑深度等不同路堑结构使车辆气动力急剧增加。自然界的风速和风向往往随着地形的改变而发生突变,因此,研究突变风下路堑结构对高速列车气动性的影响,对保证列车运行安全十分重要。本文建立高速列车在路堑中行驶的空气动力学仿真模型,研究横风和突变风作用下路堑结构对于高速列车气动性能的影响,分析列车所受升力、横向力、侧滚力矩、摇头力矩、点头力矩等的变化情况,讨论横风和突变风在不同位置的速度迹线和压力分布;比较横风和突变风对列车气动性能的不同影响,并将气动性能模拟得到的气动力作为激励导进高速列车气动学仿真模型中,研究脱轨系数等来分析列车运行安全性。研究结果表明,在横风环境中,路堑上行驶的列车气动特性与平地上列车气动特性有显著差异,3米路堑上的各项气动力比列车在平地上行驶的低,尤其是头车变化明显,头车升力减小77.86%,横向力减小54.49%,侧滚力矩减小67.05%,摇头力矩减小53.19%。路堑的结构对列车气动影响明显:(1)路堑深度的增大有利于降低高速列车的气动力,比如与3米深的浅路堑相比,路堑8米深时升力降低46%,横向力降低81.8%,侧滚力矩降低86.7%,摇头力矩降低82%;(2)随着路堑坡率变缓高速列车的气动力逐渐增大,其中头车横向力增大55.4%,侧滚力矩增大598%,摇头力矩增大86.3%。风载荷突变对高速列车气动特性影响较大;(1)和恒定风场相比较,3米深度路堑中列车的升力波动25%,横向力波动为90%,而侧滚力矩和摇头力矩波动分别达到27%和40%;(2)随着路堑深度的增大,升力的波动值先升后降,横向力的波动值则先降后升,侧滚力矩的波动值逐步增大,摇头力矩先降后升;(3)在坡率为1:0.5～1:1.5内,侧滚力矩波动值在30%以下,而升力、横向力、侧滚力矩波动幅度较大。在突变风环境下,随着路堑结构的不同,列车的运行安全性指标也随之变化,(1)深路堑(8米)和浅路堑(3米)比较,横向力增大34%,垂向力降低18%,轮重减载率降低31%,脱轨系数增大26%,倾覆系数降低28%;(2)在路堑深度一定时,随着路堑坡率变缓,垂向力增大10%,横向力增大33%,轮重减载率增大22%,脱轨系数增大33%,倾覆系数增大24%。