基于风压积分的移动列车气动特性测试系统及其测试方法与流程

本发明涉及到移动列车气动特性测试技术领域，具体涉及一种基于风压积分的移动列车气动特性测试系统及其测试方法。

背景技术：
随着我国高速铁路的迅速发展，高速列车在风荷载作用下的安全性受到人们的广泛关注，而准确获得列车气动力是评估其运行安全的前提条件。已有列车气动特性研究成果大多是基于静止列车气动力测试获得的，没有考虑列车的运行速度，而目前高速列车的运行速度达80m/s，远大于良态气候下的自然风速（通常列车顶部风速小于20m/s），因此用静止列车的气动力测试结果评估高速列车的运行安全可能会存在隐患。少数学者利用测力天平对移动列车的气动特性进行了测试，但测试结果中包含了诸多难以避免与剔除的外力，例如，模型系统振动引起的惯性力、轨道的摩擦力及附属设施的气动力等。因此，为准确评估高速列车在风荷载作用下的运行安全，研究一种移动列车气动特性的高精度测试系统及其测试方法成为亟需解决的技术问题。

技术实现要素：
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种基于风压积分的移动列车气动特性测试系统及其测试方法，通过在移动列车表面布置风压测点，由高精度的风压传感器获得列车表面的风压分布，进而对风压积分得到气动力。由于风压传感器测得的压力全部由风荷载产生，气动力测试结果可完全避免外力的干扰，传感器的高精度可进一步保证测试结果的精度。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于风压积分的移动列车气动特性测试系统，包括用以模拟移动列车的模拟装置、设置在模拟装置上的风压测点和用以从模拟装置获得气动特性信息的测试装置，模拟装置和测试装置之间通过两者内部分别设置的无线发送接收模块进行相互连接。优选地，模拟装置包括用以为测试系统提供安装位置和空间的CRH高速列车模型，CRH高速列车模型表面设有至少一个风压测点，CRH高速列车模型内部设置有用以测试CRH高速列车模型表面风压分布的压力传感器、用以传递风压的传压管路、用以风压的采集存储的嵌入式计算机和电源系统，风压测点测得的风压通过传压管路传输至压力传感器，压力传感器分别连接嵌入式计算机和用以提供测试系统的电源的电源系统。优选地，测试装置包括用以发送控制指令、接收和存储采集信号并进行数据处理分析的中央PC机，中央PC机分别连接用以确保各风压测点的同步性的时标系统、用以提供采样指令的触发系统以及用以对测得压力大小进行标定的标定系统。CRH高速列车模型：气动力测试对象，在其表面布置风压测点，并为测试系统提供安装位置和空间；压力传感器装置：测试列车表面风压分布；嵌入式计算机：风压的采集存储；无线发送模块：将列车上采集的数据无线传输到无线接收模块，再传到中央PC机；时标系统：确保各测点的同步性；触发系统：提供采样指令，指示系统开始采样；标定系统：对测得压力大小进行标定；电源系统：提供列车上无限测试装置的电源；中央PC机：接收和存储采集信号，并进行后期的处理分析。中央PC机通过编制程序对采集信号进行处理，得到高速列车的气动力。优选地，嵌入式计算机和/或中央PC机内装有用以实现数据的采集、滤波、标定、缓存、同相、发送、接收、显示、存储、查询、分析和管理的软件系统。优选地，软件系统包括数据采集模块、数据滤波模块、数据标定模块、数据缓存模块、数据同相模块、数据发送模块、数据接受模块、数据显示模块、数据储存模块、数据查询模块、数据分析模块、参数设置模块和操作管理模块。优选地，CRH高速列车模型车箱内部设为用以安装测试部件的空腔。优选地，传压管路、压力传感器、嵌入式计算机和电源系统均设置在CRH高速列车模型的车箱内部空间中。优选地，风压测点的数量根据压力传感器连接的传压管路数量相应的设定。优选地，测试系统还设置有调试装置。优选地，无线发送接收模块的发送接收端设置有硬件加密器。优选地，移动便携设备通过无线发送接收模块连接到测试系统的硬件加密器，实现移动便携设备与测试系统内部数据信息的连通。优选地，测试系统内还设置有用以提供网络无线传输的交换机，用以提供无线传输以及网络共享。优选地，CRH高速列车模型内部挖空，以便布置风压测点和安装测试部件。优选地，CRH高速列车模型表面布置风压测点，测点数量可根据精度要求和压力传感器通道数量选择。优选地，传压管路、压力传感器、嵌入式计算机和电源系统均设置在CRH高速列车模型的车箱内，便于列车的移动。优选地，嵌入式计算机或/和中央PC机内装有软件系统，软件系统包括数据采集模块、数据滤波模块、数据标定模块、数据缓存模块、数据同相模块、数据发送模块、数据接受模块、数据显示模块、数据储存模块、数据查询模块、数据分析模块、参数设置模块和操作管理模块。软件系统：实现数据的采集、滤波、标定、缓存、同相、发送、接收、显示、存储、查询、分析和管理。优选地，移动便携设备通过无线发送接收模块连接到移动列车无线动力测试系统的硬件加密器，实现移动便携设备与移动列车无线动力测试系统内部数据信息的连通。优选地，系统内还设置有交换机，用以提供无线传输以及网络共享。交换机：提供网络无线传输。优选地，系统测试结果为风压，可以有效避免外力对气动力测试结果的干扰，保证气动力的测试精度。本发明所采用的另一技术方案是：一种移动列车气动特性的高精度测试方法，在CRH高速列车模型表面布置风压测点，测点处的风压经布置在模型体内的测压管传输至压力传感器，信号的采集和存储采用无线方式以便列车移动，通过编制的程序对信号进行处理可得到高速列车的气动力，进而可对CRH高速列车运行的安全性进行分析研究。由于该方法直接测得的是风压，故可有效地避免外力对气动力测试结果的干扰，保证测试结果的精度，为高速铁路“风-车-桥”系统气动性能的试验研究提供了技术保证。本发明所采用的另一技术方案是：一种基于风压积分的移动列车气动特性测试系统的测试方法，步骤如下：（1）将CRH高速列车模型内部挖空，并在其表面布置风压测点；（2）通过传压管路将风压测点处的风压传输至风压传感器，风压传感器连接嵌入式计算机；（3）嵌入式计算机通过无线发送接收模块与中央PC机以及与中央PC机相连的时标系统、触发系统和标定系统实现采集信号的无线接收、存储；（4）通过编制程序对采集信号进行处理，得到高速列车的气动力。本发明的有益技术效果是：1、高精度的测试移动列车气动三分力，判别列车运营的安全性根据模拟装置特点，研制了移动列车气动三分力高精度测试系统，本发明测试系统测得的气动力可以有效地避免外力对测试结果的干扰，保证气动力的测试精度。2、无线采集、传输功能，实现了移动列车动力测试的可能性因风洞内移动列车有线测试的复杂性，研制的无线采集、传输模块，实现移动列车表面风压的无线采集、传输和处理。以上特点为高速铁路“风-车-桥”系统气动性能的试验研究提供了技术保证。系统除了进行“风-车-桥”移动列车风洞试验外，还可扩展到实际列车无线动力测试。附图说明图1是本发明实施例基于风压积分的移动列车气动特性测试系统中模拟装置的结构示意图。图2是本发明实施例基于风压积分的移动列车气动特性测试系统中测试装置的结构示意图。在图中：1、模拟装置；2、风压测点；3、测试装置；4、无线发送接收模块；5、CRH高速列车模型；6、压力传感器；7、传压管路；8、嵌入式计算机；9、电源系统；10、中央PC机；11、时标系统；12、触发系统；13、标定系统。本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式具体实施的一种基于风压积分的移动列车气动特性测试系统，包括用以模拟移动列车的模拟装置1、设置在模拟装置1上的风压测点2和用以从模拟装置1获得气动特性信息的测试装置3，模拟装置1和测试装置3之间通过两者内部分别设置的无线发送接收模块4进行相互连接。高精度的测试移动列车气动三分力，判别列车运营的安全性，根据模拟装置特点，研制了移动列车气动三分力高精度测试系统，本发明测试系统测得的气动力可以有效地避免外力对测试结果的干扰，保证气动力的测试精度。无线采集、传输功能，实现了移动列车动力测试的可能性，因风洞内移动列车有线测试的复杂性，研制的无线采集、传输模块，实现移动列车表面风压的无线采集、传输和处理。本实施例的，模拟装置1包括用以为测试系统提供安装位置和空间的CRH高速列车模型5，CRH高速列车模型5表面设有至少一个风压测点2，CRH高速列车模型5内部设置有用以测试CRH高速列车模型5表面风压分布的压力传感器6、用以传递风压的传压管路7、用以风压的采集存储的嵌入式计算机8和电源系统9，风压测点2测得的风压通过传压管路7传输至压力传感器6，压力传感器6分别连接嵌入式计算机8和用以提供测试系统的电源的电源系统9。本实施例的，测试装置3包括用以发送控制指令、接收和存储采集信号并进行数据处理分析的中央PC机10，中央PC机10分别连接用以确保各风压测点的同步性的时标系统11、用以提供采样指令的触发系统12以及用以对测得压力大小进行标定的标定系统13。本实施例的，中央PC机10通过编制程序对采集信号进行处理，得到高速列车的气动力。本实施例的，嵌入式计算机8和/或中央PC机10内装有用以实现数据的采集、滤波、标定、缓存、同相、发送、接收、显示、存储、查询、分析和管理的软件系统。本实施例的，软件系统包括数据采集模块、数据滤波模块、数据标定模块、数据缓存模块、数据同相模块、数据发送模块、数据接受模块、数据显示模块、数据储存模块、数据查询模块、数据分析模块、参数设置模块和操作管理模块。本实施例的，CRH高速列车模型5车箱内部设为用以安装测试部件的空腔。本实施例的，传压管路7、压力传感器6、嵌入式计算机8和电源系统9均设置在CRH高速列车模型5的车箱内部空间中。本实施例的，风压测点2的数量根据压力传感器6连接的传压管路7数量相应的设定。本实施例的，测试系统还设置有调试装置。本实施例的，无线发送接收模块4的发送接收端设置有硬件加密器。本实施例的，移动便携设备通过无线发送接收模块4连接到测试系统的硬件加密器，实现移动便携设备与测试系统内部数据信息的连通。本实施例的，测试系统内还设置有用以提供网络无线传输的交换机，用以提供无线传输以及网络共享。具体实施的一种移动列车气动特性的高精度测试方法，步骤如下：（1）将CRH高速列车模型5内部挖空，并在其表面布置风压测点2；（2）通过传压管路7将风压测点2处的风压传输至风压传感器6，风压传感器6连接嵌入式计算机8；（3）嵌入式计算机8通过无线发送接收模块4与中央PC机10以及与中央PC机10相连的时标系统11、触发系统12和标定系统13实现采集信号的无线接收、存储；（4）通过编制程序对采集信号进行处理，得到高速列车的气动力。具体实施的一种移动列车气动特性的高精度测试方法，包括CRH高速列车模型5和压力传感器6，在CRH高速列车模型5表面布置风压测点2，风压测点2处的风压经布置在模型体内的传压管路7传输至压力传感器6，压力传感器6连接嵌入式计算机8和电源系统9，嵌入式计算机8上设置有无线发送接收模块4，嵌入式计算机8通过无线发送接收模块4与中央PC机10内的无线发送接收模块4进行连接，中央PC机10连接有时标系统11、触发系统12、标定系统13。其还在于：CRH高速列车模型5内部挖空，以便风压测点2布置和安装测试部件。其还在于：CRH高速列车模型5表面布置风压测点2，风压测点2数量可根据精度要求和压力传感器6通道数量选择。其还在于：传压管路7、压力传感器6、嵌入式计算机8和电源系统9均设置在CRH高速列车模型5的车箱内。其还在于：嵌入式计算机8或/和中央PC机10内装有软件系统，软件系统包括数据采集模块、数据滤波模块、数据标定模块、数据缓存模块、数据同相模块、数据发送模块、数据接受模块、数据显示模块、数据储存模块、数据查询模块、数据分析模块、参数设置模块和操作管理模块。软件系统：实现数据的采集、滤波、标定、缓存、同相、发送、接收、显示、存储、查询、分析和管理。其还在于：移动列车无线动力测试系统还设置有调试装置。其还在于：无线发送接收模块4的发送接收端设置有硬件加密器。其还在于：移动便携设备通过无线发送接收模块4连接到移动列车无线动力测试系统的硬件加密器，实现移动便携设备与移动列车无线动力测试系统内部数据信息的连通。其还在于：测试系统内还设置有交换机，用以提供无线传输以及网络共享。其还在于：测试系统测试结果为风压，可以有效避免外力对气动力测试结果的干扰，保证气动力的测试精度。如图1所示，移动列车气动特性的高精度测试方法包括CRH高速列车模型5和压力传感器6，在CRH高速列车模型5表面布置风压测点2，风压测点2处的风压经布置在模型体内的传压管路7传输至压力传感器6，压力传感器6连接嵌入式计算机8和电源系统9，嵌入式计算机8上设置有无线发送接收模块4，嵌入式计算机8通过无线发送接收模块4与中央PC机10内的无线发送接收模块4进行连接，中央PC机10连接有时标系统11、触发系统12标定系统13，通过编制程序对存储的采集信号进行处理，可得到高速列车的气动力，进而可对CRH高速列车运行的安全性进行分析研究。