CN115468732B - 一种高速列车升力翼安装布置及协同控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速列车升力翼安装布置及协同控制方法，以车顶布置工作高度、工作偏转角度及横向伸缩长度可无级调控的高速列车升力翼为操作对象，应用流体力学仿真软件，以满足高速列车行车安全及减阻降耗为主要目标，通过计算流体动力学的方法确定高速列车升力翼设置位置及布置规模的选择，给出最优布设方案。在此基础上，采用主要包括数据信息采集模块、数据模型构建及处理模块、升力翼动力学行为可视化模块及升力翼实时智能调控模块的升力翼协同控制系统，实现高速列车升力翼智能调控及有效应对复杂风环境所引起的列车行车安全问题。满足新一代高速列车升力翼装置安装布置小型化、轻量化、绿色节能化、运行安全性及稳定性的要求。

Description

一种高速列车升力翼安装布置及协同控制方法

技术领域

本发明涉及轨道交通装备制造及列车空气动力学领域，具体涉及一种高速列车升力翼安装布置及协同控制方法。

背景技术

随着运营时速的提升，轮轨列车的车轮磨耗将进一步加剧，此过程中势必缩短车轮的镟修周期和使用寿命。为了在更高速度下降低列车全寿命周期成本，研究提出了带有升力翼的高速列车概念，突破传统高速列车气动外形设计理念，结合高速列车和飞行器各自优势，希望通过增加列车气动升力，实现高速列车整体节能降耗。

20世纪末，日本东北大学最早提出了“气动悬浮列车”设计概念，通过在地面附近布置地效翼，利用地面效应增升，给列车提供升力。同时对气动悬浮列车所用翼型进行了初步设计研究，认为其运载经济效率要高于磁浮列车和高速民航客机，并制作出了气动悬浮列车实验车型，提出了一种添加升力翼的概念设计方案，在车顶和车底侧面布置“仿机翼”，并指出了一些可供选择的翼型。上述研究表明，设计出具备良好气动特性的升力翼是升力翼列车技术的关键。

截止目前，围绕这一目标，研究提出了多种设计方案，比如授权公告号为CN113602299B，发明名称为高速列车气动力调控的伸缩翼装置、高速列车及控制方法，授权公告号为CN210133111U，发明名称为高速轨道交通列车侧翼升力控制机构的中国实用新型专利，授权公告号为CN202175052U和CN202175053U公开的一种高速列车车翼装置等，但总体来看并未充分与高速列车的发展实际相结合，尤其表现在升力翼结构设计方案、安装布置形式、控制方式及实车应用等方面基本处于空白状态。

基于此，在现阶段我国围绕高速智能绿色铁路装备大发展的背景下，研发布置一种增升效果明显、阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、针对现有高速列车适用性高、可智能调控及有效应对复杂风环境的高速列车升力翼装置，是目前高速列车提速运行及贯彻节能降耗发展绿色铁路装备亟待解决的问题之一。

发明内容

为能够实现高速列车在实际运行过程中增升效果明显且升力可控、升力翼装置阻力系数小、气动噪声小、安装空间小、针对现有高速列车适用性高、可智能调控同时能够有效应对复杂风环境，发展整体能耗和全寿命周期成本下降的创新型高速列车的要求。本发明提出一种高速列车升力翼安装布置及协同控制方法。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种高速列车升力翼安装布置方法，所述方法以车顶布置工作高度、工作偏转角度及横向伸缩长度可无级调控的高速列车升力翼为操作对象，应用流体力学仿真软件，以满足高速列车行车安全及减阻降耗为主要目标，通过计算流体动力学的方法确定高速列车升力翼设置位置及布置规模的选择，具体位置优化及选择的确定方法包括以下步骤：

1）根据铁路建筑限界、桥隧限界条件及具体适用车型车辆限界条件，确定高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间；

2）根据步骤1）所确定的最大安装空间，结合高速列车升力翼工作最大空间需求，确定适用于应用车型及开行线路的升力翼工作最大起升高度、最大偏转角度及横向最大伸缩长度，并将该技术信息存储于升力翼实时智能调控模块；

3）通过计算机辅助设计技术创建某一比例的固定编组高速列车及等比例的满足双向制动高速列车升力翼装置三维计算模型；

4）高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围：

41）以应用的固定编组高速列车为研究对象，将步骤3）所述的某一比例的固定编组高速列车三维模型导入流体力学仿真软件中，给定控制方程，设定边界条件、计算流体参数、设定计算网格，创建计算流体力学模型；

42）在步骤41）的基础上，在无风环境长大明线上高速列车以运营时速运行的工况条件下，以单独每个车体为研究对象，进行流体仿真计算，计算出每个车体及整车所受阻力、升力、横向力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩等；

43）分析确定高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围，即由于高速列车运行时前后车气动升力不均衡而造成的整车俯仰现象，基于升力不平衡车体，确定主要影响不平衡表征范围（Sa0~Sb0），列车具备双向运行要求时，包括对称在尾侧的尾侧不平衡表征范围（Sa1~Sb1）；

5）高速列车运营时速工况下克服整车升力不平衡升力翼布置方案：

51）在步骤43）的基础上，结合高速列车司机室流线型设计、及车内设备布局、双向运行特点等，在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内，纵向逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

52）通过在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1；

6）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的单组升力翼协同布置方案：

61）在步骤52）的基础上，满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1之间所限定的纵向中部有效长度为第一研究空间，空间范围内逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

62）通过在所述第一研究空间内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第三最优布置点Pa2及尾侧对称位置的第四最优布置点Pa3；

63）判断单组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

7）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的2组升力翼协同布置方案：

71）在步骤6）的基础上根据双向运行的特点，采用计算流体力学的方法，验证优化同时启用前后升力翼的高速列车气动特性，并确定2组升力翼协同布置方案；

72）分析判断并确定满足行车安全指标，并判断2组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

8）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的多组升力翼协同布置方案：

81）依次在上述步骤中所确定最优布置点的情况下，以高速列车车顶纵向中部空置有效长度空间为研究对象，逐次逐一装配升力翼进行流体动力学仿真计算，确定较优点；

82）在较优点的基础上，分析判断并确定满足行车安全指标，并判断多组升力翼布置时是否满足减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则继续增设升力翼重新计算确定。

作为优选地，所述升力翼纵向安装布设于高速列车车顶；结构设计方面：在双向双作用伸缩液压驱动装置2及联动连杆组件LG联动驱动下，实现多级升力翼同步左右横向伸缩运动；在双作用液压起升装置9的带动下实现所述升力翼上下运动，同时在所述旋转驱动组件的驱动控制下实现升力翼装置的转动和自锁。

作为优选地，所述的步骤1）中高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间为高速列车车顶上部与铁路桥隧限界所形成的有效空间。

作为优选地，所述的步骤3）中固定编组高速列车及等比例的满足双向运行的高速列车升力翼装置三维计算模型比例为一比一。

作为优选地，所述的步骤3）中计算流体力学模型中，列车运行速度为大于300km/h，计算流体特征长度等于列车车体高度，车体表面及制动风翼为无滑移壁面边界条件，外流场上表面和侧面设为无滑移光滑壁面边界条件。

一种高速列车升力翼协同控制方法，所述的一种高速列车升力翼安装布置方法而研究布设的装配升力翼的高速列车，其升力翼协同控制系统主要包括数据信息采集模块、数据模型构建及处理模块、升力翼动力学行为可视化模块及升力翼实时智能调控模块，具体协同控制方法包括以下步骤：

601）升力翼系统数据实时采集：主要包括环境风速及行车速度在内的行车数据信息提取，及通过在多级升力翼板表面安装布设多个动态压力传感器来采集升力翼工作时实时动态压力数据；

602）升力翼压力三维模型构建：利用步骤601）所采集到的数据点，根据每个数据点空间位置坐标依次建立升力翼受力三维数据模型；

603）数据分析处理：根据步骤602）所建立的升力翼受力三维数据模型，分析剔除采集数据中的突变点及失效点数据，利用插值方法，构建满足精度的升力翼流体力学计算模型，分析计算升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩；

604）升力翼工作姿态及动力学行为确定：根据步骤603）所计算的升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，进行可视化实时输出，并确定升力翼当前运行状态是否满足行车安全指标及减阻降耗指标要求，计算判断满足，则维持该姿态持续运行，计算判断不满足，则进入下一步骤；

605）升力翼运行状态不满足行车安全指标及减阻降耗指标要求时，启动升力翼实时智能调控，根据当前运行风环境运行及运行速度等级条件下所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，协同控制伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元及旋转驱动控制单元对升力翼进行适应性调控，以满足行车安全指标及减阻降耗指标要求。

作为优选地，所述数据信息采集模块为升力翼表面受压数据采集处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统主要包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台。

作为优选地，所述动态压力传感器对称布设在所述多级升力翼的上下表面。

作为优选地，所述动态压力传感器主要包括布设在所述升力翼左侧的左一级升力翼动态压力传感器、左二级升力翼动态压力传感器和左三级升力翼动态压力传感器以及对称布设在右侧的右一级升力翼动态压力传感器、右二级升力翼动态压力传感器和右三级升力翼动态压力传感器，整体等间距布设在对应左一级升力翼3、左二级升力翼4、左三级升力翼5、右一级升力翼6、右二级升力翼7及右三级升力翼8的外部靠边缘处，满足不同伸缩长度的升力翼压力采集。

作为优选地，所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。

作为优选地，所述升力翼实时智能调控模块中的旋转驱动控制单元所涉及的旋转驱动组件主要包括驱动电机15及转动连接所述驱动电机15与双作用液压起升装置9的齿轮组件，所述旋转驱动组件的齿轮组件在所述控制单元中旋转驱动控制单元的控制下，用于将所述驱动电机15的输出力矩传递至所述双作用液压起升装置9的柱塞轴10上，进而实现所述升力翼不同转动工作位的偏转定位及自锁。

作为优选地，所述升力翼实时智能调控模块中的伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元、动力单元和回路一体化连接布设，共用一个动力泵、一套溢流及安全保护装置，分别控制所述双作用液压起升装置9及双向双作用伸缩液压驱动装置2前后不同时的对应单系统工作。

作为优选地，一体化布设的所述伸缩装置油液驱动控制单元与起升装置油液驱动控制单元主要包括液压马达MD、与液压马达MD出油口所连接的第一换向阀HX1、与所述第一换向阀HX1两出口对应连接的第二换向阀HX2及第三换向阀HX3、与所述第二换向阀HX2所连接的第一单向阀DX1及第二单向阀DX2、与所述第三换向阀HX3所连接的第三单向阀DX3及第四单向阀DX4；所述第一单向阀DX1及第二单向阀DX2出口分别对应连接所述双作用液压起升装置9的起升装置第一进出油口A1及起升装置第二进出油口A2，所述第三单向阀DX3及第四单向阀DX4出口分别对应连接所述双向双作用伸缩液压驱动装置2的伸缩装置第一进出油口A3及伸缩装置第二进出油口A4；所述第一单向阀DX1与起升装置第一进出油口A1油路之间及所述第二单向阀DX2与起升装置第二进出油口A2之间联通设置有第一截止阀JZ1，所述第三单向阀DX3与伸缩装置第一进出油口A3油路之间及所述第四单向阀DX4与伸缩装置第二进出油口A4之间联通设置有第二截止阀JZ2；所述液压马达MD与所述第一换向阀HX1油路之间设有用于油压监控的压力计YL及用于节流保护作用的节流阀JL；所述液压马达MD与油箱YX之间设置有滤清器LQ。

作为优选地，所述伸缩装置油液驱动控制单元与所述起升装置油液驱动控制单元为分别独立的两个液压控制系统，单独控制所述双作用液压起升装置9及双向双作用伸缩液压驱动装置2的系统工作。

作为优选地，所述行车安全指标主要包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。

本发明的有益效果为：该高速列车升力翼安装布置及协同控制方法能够给现阶段高速列车装配升力翼的安装布置及智能控制提供一个典型参考方案，有效填补该方面的技术空白。能够有效解决针对现有高速列车升力翼安装布设适用性低，实现智能调控同时有效应对复杂风环境所引起的列车行车安全问题。满足新一代高速列车升力翼装置安装布置小型化、轻量化、绿色节能化、运行安全性及稳定性的要求。

附图说明

图1为本发明的一种高速列车升力翼安装布置流程图；

图2为本发明的一种高速列车升力翼安装布置铁路限界内升力翼有效布置空间示意图；

图3为本发明的一种高速列车升力翼安装布置方案示意图；

图4为本发明的一种高速列车协同控制流程图；

图5为本发明的一种高速列车协同控制方法的动态压力传感器布设示意图；

图6为本发明的一种高速列车协同控制方法的数据采集系统的组成图；

图7为本发明的一种高速列车协同控制方法的双向双作用伸缩液压驱动装置及双作用液压起升装置的回路控制工作原理图；

图8为本发明的一种高速列车协同控制方法的控制系统组成图；

图9为本发明的适用高速列车升力翼装置的局部立体结构图；

图10为本发明的适用高速列车升力翼装置的纵向局部剖视图；

图11为本发明的适用高速列车升力翼图10的A处、B处局部放大图；

图12为本发明的适用高速列车升力翼图10的C处局部放大图及齿轮啮合连接示意图；

图13为本发明的适用高速列车升力翼图10的D—D处剖视图；

图14为本发明的适用高速列车升力翼的联动连杆组件的立体结构图；

图15为本发明的适用高速列车升力翼的联动连杆组件的平面布置及方案设计示意图；

图16为本发明的适用高速列车升力翼的多级升力翼闭合时非工作状态及半打开时工作状态对应的图10所示E—E处剖视图；

图17为本发明的适用高速列车升力翼的多级升力翼完全打开时工作状态对应的图10所示E—E处剖视图；

图18为本发明的适用高速列车升力翼的双向双作用伸缩液压驱动装置的立体结构图；

图19为本发明的适用高速列车升力翼的双向双作用伸缩液压驱动装置的结构组成及工作原理示意图；

图20、图21为本发明的适用高速列车升力翼的多级升力翼立体结构图；

图22为本发明的适用高速列车升力翼的升力翼装置闭合时非工作状态局部立体结构图；

图23为本发明的适用高速列车升力翼的升力翼装置半打开时工作状态局部立体结构图；

图24为本发明的适用高速列车升力翼的升力翼装置完全打开时工作状态局部立体结构图；

图25为本发明的适用高速列车升力翼的升力翼存在起升高度和偏转角度，并完全打开时工作状态局部立体结构图；

图26为本发明的适用高速列车升力翼的升力翼完全打开时俯视图。

图中：升力翼安装基座1；双向双作用伸缩液压驱动装置2；伸缩驱动装置本体2A；伸缩驱动装置安装座2B；左伸缩一级缸体2C1；右伸缩一级缸体2C2；左伸缩二级缸体2D1；右伸缩二级缸体2D2；左伸缩三级缸体2E1；右伸缩三级缸体2E2；左法兰盘2F1；右法兰盘2F2；一级套管2G1；二级套管2G2；左一级升力翼3；左一级升力翼底板3A；左一级升力翼前侧板3B；左一级升力翼尾侧板3C；升力翼固定螺栓孔3D；伸缩驱动装置固定螺栓孔3E；连接板固定螺栓孔3F；连架杆固定螺栓孔3G；左二级升力翼4；左二级升力翼底板4A；左二级升力翼前侧板4B；左二级升力翼尾侧板4C；连架杆固定座安装孔4D；二级升力翼限位外止挡4E；左三级升力翼5；三级升力翼底板5A；左三级升力翼前侧板5B；左三级升力翼尾侧板5C；三级升力翼限位外止挡5D；连杆转轴5E；右一级升力翼6；右一级升力翼底板6A；右一级升力翼前侧板6B；右一级升力翼尾侧板6C；一级升力翼限位内止挡6G；右二级升力翼7；右二级升力翼底板7A；右二级升力翼前侧板7B；右二级升力翼尾侧板7C；二级升力翼限位内止挡7D；右三级升力翼8；三级升力翼外侧板8A；右三级升力翼前侧板8B；右三级升力翼尾侧板8C；双作用液压起升装置9；起升缸体9A；柱塞轴10；柱塞固定轴10A；柱塞盘10B；柱塞行程轴10C；柱塞齿轮轴10D；起升装置下端盖11；起升装置上端盖12；从动齿轮13；主动齿轮14；驱动电机15；电机输出轴15A；高速列车车顶板16；第一连架杆17；第一连架杆左滑推轴17A；第一连架杆右滑推轴17B；第一连架杆左转轴17C；第一连架杆右转轴17D；第二连架杆18；第二连架杆左滑推轴18A；第二连架杆右滑推轴18B；第二连架杆右转轴18C；第二连架杆左转轴18D；右第一连杆19；右第二连杆20；左第一连杆21；左第二连杆22；连架杆固定座23；固定座固定板23A；固定座转轴23B；右滑动架24；左滑动架25；右连接限位块26；左连接限位块27；升力翼前部连接板28；升力翼尾部连接板29；升力翼底部连接板30；柱塞连接固定座31；上端盖防尘圈32；上端盖支承环33；上端盖密封圈34；下端盖密封圈35；下端盖支承环36；下端盖防尘圈37；主齿轮连接键38；从齿轮连接键39；起升装置第一进出油口A1；起升装置第二进出油口A2；伸缩装置第一进出油口A3；伸缩装置第二进出油口A4；压力计YL；第一单向阀DX1；第二单向阀DX2；第三单向阀DX3；第四单向阀DX4；节流阀JL；第一换向阀HX1；第二换向阀HX2；第三换向阀HX3；第一截止阀JZ1；第二截止阀JZ2；液压马达MD；滤清器LQ；油箱YX；联动连杆组件LG；连架杆交叉角R1；连杆交叉角R2；风翼板装置工作转角R3；第一连架杆中心有效长度L1；第二连架杆中心有效长度L2；左第一连杆中心有效长度L3；左第二连杆中心有效长度L4；右第一连杆中心有效长度L5；右第二连杆中心有效长度L6；连接限位块有效长度L7；滑动架滑槽有效长度L8。

其它说明：该适用高速列车升力翼附图中控制单元自起升装置第一进出油口A1、起升装置第二进出油口A2、伸缩装置第一进出油口A3及伸缩装置第二进出油口A4外部相连接的油压管路及控制部分，本附图中未具体示出，具体机构工作原理及控制方案参照图7。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1所示，一种高速列车升力翼安装布置方法，所述方法以车顶布置工作高度、工作偏转角度及横向伸缩长度可无级调控的高速列车升力翼为操作对象，应用流体力学仿真软件，以满足高速列车行车安全及减阻降耗为主要目标，通过计算流体动力学的方法确定高速列车升力翼设置位置及布置规模的选择，具体位置优化及选择的确定方法包括以下步骤：

1）根据铁路建筑限界、桥隧限界条件及具体适用车型车辆限界条件，确定高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间，如图2所示；

2）根据步骤1）所确定的最大安装空间，结合高速列车升力翼工作最大空间需求，确定适用于应用车型及开行线路的升力翼工作最大起升高度、最大偏转角度及横向最大伸缩长度，并将该技术信息存储于升力翼实时智能调控模块；

3）通过计算机辅助设计技术创建某一比例的固定编组高速列车及等比例的满足双向制动高速列车升力翼装置三维计算模型；

4）高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围：

41）以应用的固定编组高速列车为研究对象，将步骤3）所述的某一比例的固定编组高速列车三维模型导入流体力学仿真软件中，给定控制方程，设定边界条件、计算流体参数、设定计算网格，创建计算流体力学模型；

42）在步骤41）的基础上，在无风环境长大明线上高速列车以运营时速运行的工况条件下，以单独每个车体为研究对象，进行流体仿真计算，计算出每个车体及整车所受阻力、升力、横向力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩等；

43）如图3所示，分析确定高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围，即由于高速列车运行时前后车气动升力不均衡而造成的整车俯仰现象，基于升力不平衡车体，确定主要影响不平衡表征范围（Sa0~Sb0），列车具备双向运行要求时，包括对称在尾侧的尾侧不平衡表征范围（Sa1~Sb1）；

5）高速列车运营时速工况下克服整车升力不平衡升力翼布置方案：

51）在步骤43）的基础上，结合高速列车司机室流线型设计、及车内设备布局、双向运行特点等，在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内，纵向逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

52）通过在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1；

6）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的单组升力翼协同布置方案：

61）在步骤52）的基础上，满足行车安全指标的第一最优布置点Pa0及尾侧对称位置的第二最优布置点Pa1之间所限定的纵向中部有效长度为第一研究空间，空间范围内逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

62）通过在所述第一研究空间内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第三最优布置点Pa2及尾侧对称位置的第四最优布置点Pa3；

63）判断单组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

7）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的2组升力翼协同布置方案：

71）在步骤6）的基础上根据双向运行的特点，采用计算流体力学的方法，验证优化同时启用前后升力翼的高速列车气动特性，并确定2组升力翼协同布置方案；

72）分析判断并确定满足行车安全指标，并判断2组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

8）高速列车除克服整车升力不平衡升力翼后的多组升力翼协同布置方案：

81）依次在上述步骤中所确定最优布置点的情况下，以高速列车车顶纵向中部空置有效长度空间为研究对象，逐次逐一装配升力翼进行流体动力学仿真计算，确定较优点；

82）在较优点的基础上，分析判断并确定满足行车安全指标，并判断多组升力翼布置时是否满足减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则继续增设升力翼重新计算确定。

如图9、10、11、12、13、14、15所示所述升力翼纵向安装布设于高速列车车顶；结构设计方面：在双向双作用伸缩液压驱动装置2及联动连杆组件LG联动驱动下，实现多级升力翼同步左右横向伸缩运动；在双作用液压起升装置9的带动下实现所述升力翼上下运动，同时在所述旋转驱动组件的驱动控制下实现升力翼装置的转动和自锁。

所述的步骤1）中高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间为高速列车车顶上部与铁路桥隧限界所形成的有效空间。

所述的步骤3）中固定编组高速列车及等比例的满足双向运行的高速列车升力翼装置三维计算模型比例为一比一。

所述的步骤3）中计算流体力学模型中，列车运行速度为大于300km/h，计算流体特征长度等于列车车体高度，车体表面及制动风翼为无滑移壁面边界条件，外流场上表面和侧面设为无滑移光滑壁面边界条件。

如图4所示，一种高速列车升力翼协同控制方法，所述的一种高速列车升力翼安装布置方法而研究布设的装配升力翼的高速列车，其升力翼协同控制系统主要包括数据信息采集模块、数据模型构建及处理模块、升力翼动力学行为可视化模块及升力翼实时智能调控模块，具体协同控制方法包括以下步骤：

601）如图6所示，升力翼系统数据实时采集：主要包括环境风速及行车速度在内的行车数据信息提取，及通过在多级升力翼板表面安装布设多个动态压力传感器来采集升力翼工作时实时动态压力数据；

602）升力翼压力三维模型构建：利用步骤601）所采集到的数据点，根据每个数据点空间位置坐标依次建立升力翼受力三维数据模型；

603）数据分析处理：根据步骤602）所建立的升力翼受力三维数据模型，分析剔除采集数据中的突变点及失效点数据，利用插值方法，构建满足精度的升力翼流体力学计算模型，分析计算升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩；

604）升力翼工作姿态及动力学行为确定：根据步骤603）所计算的升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，进行可视化实时输出，并确定升力翼当前运行状态是否满足行车安全指标及减阻降耗指标要求，计算判断满足，则维持该姿态持续运行，计算判断不满足，则进入下一步骤；

605）升力翼运行状态不满足行车安全指标及减阻降耗指标要求时，启动升力翼实时智能调控，根据当前运行风环境运行及运行速度等级条件下所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，协同控制伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元及旋转驱动控制单元对升力翼进行适应性调控，以满足行车安全指标及减阻降耗指标要求。

所述数据信息采集模块为升力翼表面受压数据采集处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统主要包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台。

如图5所示，所述动态压力传感器对称布设在所述多级升力翼的上下表面，所述动态压力传感器主要包括布设在所述升力翼左侧的左一级升力翼动态压力传感器、左二级升力翼动态压力传感器和左三级升力翼动态压力传感器以及对称布设在右侧的右一级升力翼动态压力传感器、右二级升力翼动态压力传感器和右三级升力翼动态压力传感器，整体等间距布设在对应左一级升力翼3、左二级升力翼4、左三级升力翼5、右一级升力翼6、右二级升力翼7及右三级升力翼8的外部靠边缘处，满足不同伸缩长度的升力翼压力采集，其中所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。

所述升力翼实时智能调控模块中的旋转驱动控制单元所涉及的旋转驱动组件主要包括驱动电机15及转动连接所述驱动电机15与双作用液压起升装置9的齿轮组件，所述旋转驱动组件的齿轮组件在所述控制单元中旋转驱动控制单元的控制下，用于将所述驱动电机15的输出力矩传递至所述双作用液压起升装置9的柱塞轴10上，进而实现所述升力翼不同转动工作位的偏转定位及自锁。

如图7所示，所述升力翼实时智能调控模块中的伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元、动力单元和回路一体化连接布设，共用一个动力泵、一套溢流及安全保护装置，分别控制所述双作用液压起升装置9及双向双作用伸缩液压驱动装置2前后不同时的对应单系统工作。

一体化布设的所述伸缩装置油液驱动控制单元与起升装置油液驱动控制单元主要包括液压马达MD、与液压马达MD出油口所连接的第一换向阀HX1、与所述第一换向阀HX1两出口对应连接的第二换向阀HX2及第三换向阀HX3、与所述第二换向阀HX2所连接的第一单向阀DX1及第二单向阀DX2、与所述第三换向阀HX3所连接的第三单向阀DX3及第四单向阀DX4；所述第一单向阀DX1及第二单向阀DX2出口分别对应连接所述双作用液压起升装置9的起升装置第一进出油口A1及起升装置第二进出油口A2，所述第三单向阀DX3及第四单向阀DX4出口分别对应连接所述双向双作用伸缩液压驱动装置2的伸缩装置第一进出油口A3及伸缩装置第二进出油口A4；所述第一单向阀DX1与起升装置第一进出油口A1油路之间及所述第二单向阀DX2与起升装置第二进出油口A2之间联通设置有第一截止阀JZ1，所述第三单向阀DX3与伸缩装置第一进出油口A3油路之间及所述第四单向阀DX4与伸缩装置第二进出油口A4之间联通设置有第二截止阀JZ2；所述液压马达MD与所述第一换向阀HX1油路之间设有用于油压监控的压力计YL及用于节流保护作用的节流阀JL；所述液压马达MD与油箱YX之间设置有滤清器LQ。

其中，所述伸缩装置油液驱动控制单元与所述起升装置油液驱动控制单元也可为分别独立的两个液压控制系统，单独控制所述双作用液压起升装置9及双向双作用伸缩液压驱动装置2的系统工作。

所述行车安全指标主要包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。

如图9、10所示，本发明适用的高速列车升力翼装置，主要包括升力翼、升力翼安装基座1、控制单元、双向双作用伸缩液压驱动装置2、联动连杆组件LG、双作用液压起升装置9及旋转驱动组件；所述升力翼包括左右对称设置并逐级嵌套连接的多级升力翼，通过所述升力翼安装基座1依次连接固定在所述双作用液压起升装置9的柱塞轴10上，在所述双向双作用伸缩液压驱动装置2及所述联动连杆组件LG联动驱动下，实现多级升力翼同步左右横向伸缩运动；所述双作用液压起升装置9通过所述柱塞轴10带动所述升力翼上下运动，同时在所述旋转驱动组件的驱动控制下实现升力翼装置的转动和自锁。

如图9、10所示，所述多级升力翼前后纵向截面轮廓为由底板、前侧板及尾侧板围合组成的呈底部平行上部凸起的流线型封闭结构，其中所述多级升力翼逐级嵌套的升力翼展开工作时，各级升力翼尾部长度从中间至两侧呈逐级缩短变化的过渡方式。

如图9、20、21所示，所述多级升力翼包括左右对称设置并逐级嵌套连接的左一级升力翼3、左二级升力翼4、左三级升力翼5、右一级升力翼6、右二级升力翼7及右三级升力翼8。所述左一级升力翼3为左一级升力翼底板3A、左一级升力翼前侧板3B及左一级升力翼尾侧板3C三部分顺次围合而成的贯通式腔体结构，所述左一级升力翼3左侧内嵌套连接左二级升力翼4，并通过一级升力翼限位内止挡6G及二级升力翼限位外止挡4E实现所述左二级升力翼4定位和伸缩行程控制；所述左二级升力翼4为左二级升力翼底板4A、左二级升力翼前侧板4B及左二级升力翼尾侧板4C三部分顺次围合而成的贯通式腔体结构，所述左二级升力翼4左侧分别内嵌套连接左三级升力翼5，并通过二级升力翼限位内止挡7D及三级升力翼限位外止挡5D实现所述左三级升力翼5定位和伸缩行程控制；所述左三级升力翼5为三级升力翼底板5A、左三级升力翼前侧板5B、左三级升力翼尾侧板5C及三级升力翼外侧板8A四部分围合而成的内开面腔体结构；所述右一级升力翼6为右一级升力翼底板6A、右一级升力翼前侧板6B及右一级升力翼尾侧板6C三部分顺次围合而成的贯通式腔体结构，所述右一级升力翼6右侧内嵌套连接右二级升力翼7，并通过一级升力翼限位内止挡6G及二级升力翼限位外止挡4E实现所述右二级升力翼7定位和伸缩行程控制；所述右二级升力翼7为右二级升力翼底板7A、右二级升力翼前侧板7B及右二级升力翼尾侧板7C三部分顺次围合而成的贯通式腔体结构，所述右二级升力翼7右侧内嵌套连接右三级升力翼8，并通过二级升力翼限位内止挡7D及三级升力翼限位外止挡5D实现所述右三级升力翼8定位和伸缩行程控制；所述右三级升力翼8为三级升力翼底板5A、三级升力翼外侧板8A、右三级升力翼前侧板8B及右三级升力翼尾侧板8C四部分围合而成的内开面腔体结构；所述左三级升力翼5与所述右三级升力翼8内侧所述三级升力翼底板5A上固定设置有转动连接所述联动连杆组件LG的连杆转轴5E。

其中，所述左一级升力翼3与对称设置的所述右一级升力翼6通过连接板左右对称固定连结，并通过底部设置的升力翼固定螺栓孔3D、配合固定所述双向双作用伸缩液压驱动装置2伸缩驱动装置安装座2B的伸缩驱动装置固定螺栓孔3E及配合固定所述连架杆固定座23的连架杆固定螺栓孔3G螺栓固定连接在所述升力翼安装基座1上。所述连接板包括升力翼前部连接板28、升力翼尾部连接板29及升力翼底部连接板30，其中所述升力翼前部连接板28、升力翼尾部连接板29及升力翼底部连接板30分别通过螺栓组于升力翼前部、尾部及底部内侧左右固定连接所述左一级升力翼3与所述右一级升力翼6。

如图9、18所示，所述双向双作用伸缩液压驱动装置2为多级双向伸缩式液压驱动结构，包括伸缩驱动装置本体2A、伸缩驱动装置安装座2B、左右各级伸缩缸体及左右最外侧缸体上对称设置的连接组件；所述伸缩驱动装置本体2A上开设有用于控制油液进出的伸缩装置第一进出油口A3及伸缩装置第二进出油口A4，所述伸缩装置第一进出油口A3及伸缩装置第二进出油口A4分别连接所述控制单元的伸缩装置油液驱动控制单元；所述双向双作用伸缩液压驱动装置2分别通过螺栓组经所述伸缩驱动装置安装座2B及左右两侧所述连接组件上的螺栓孔连接固定在所述升力翼内部腔体中。

如图18、19所示，所述双向双作用伸缩液压驱动装置2为三级双向伸缩式液压驱动结构，包括左侧依次互相套装连接的左伸缩一级缸体2C1、左伸缩二级缸体2D1及左伸缩三级缸体2E1，右侧对称设置的依次互相套装连接的右伸缩一级缸体2C2、右伸缩二级缸体2D2及右伸缩三级缸体2E2；所述连接组件为固定连接在所述左伸缩三级缸体2E1外侧的左法兰盘2F1与所述右伸缩三级缸体2E2外侧的右法兰盘2F2。所述双向双作用伸缩液压驱动装置2的缸体为内部左右包含一级套管2G1及二级套管2G2的伸缩缸体。

如图9、14、15所示，所述联动连杆组件LG为六连杆机构，包括中部互相交叉转动连接在连架杆固定座23上的第一连架杆17和第二连架杆18、分别转动连接在所述第一连架杆17和第二连架杆18左侧与左三级升力翼5之间的左第一连杆21及左第二连杆22、分别转动连接在所述第一连架杆17和第二连架杆18右侧与右三级升力翼8之间的右第一连杆19及右第二连杆20，及左右两侧与所述风翼板内部底板上设置的与所述第一连架杆17和第二连架杆18滑动连接的右滑动架24和左滑动架25。

所述第一连架杆17左右两端部上侧开设有分别转动连接所述右第一连杆19和所述左第二连杆22的第一连架杆左转轴17C及第一连架杆右转轴17D，所述第一连架杆17左右两端部下侧开设有分别滑动连接所述左滑动架25与右滑动架24的第一连架杆左滑推轴17A及第一连架杆右滑推轴17B；所述第二连架杆18左右两端部上侧开设有分别转动连接所述右第二连杆20和所述左第一连杆21的第二连架杆右转轴18C及第二连架杆左转轴18D，所述第二连架杆18左右两端部下侧开设有分别滑动连接所述左滑动架25与右滑动架24的第二连架杆左滑推轴18A及第二连架杆右滑推轴18B。

所述第一连架杆17和第二连架杆18等长设置，第一连架杆中心有效长度L1等于第二连架杆中心有效长度L2；所述右第一连杆19、右第二连杆20、左第一连杆21及左第二连杆22等长设置，左第一连杆中心有效长度L3等于左第二连杆中心有效长度L4等于右第一连杆中心有效长度L5等于右第二连杆中心有效长度L6。

所述左滑动架25与所述右滑动架24呈内部纵向开设滑槽的长矩形状结构，其内部滑动架滑槽有效长度L8对应非工作状态所述多级升力翼收回时所述第一连架杆17及所述第二连架杆18端部间的最大距离；所述左滑动架25滑动套接于固定连接在所述左二级升力翼4内部左二级升力翼底板4A上的左连接限位块27上；所述右滑动架24滑动套接于固定连接在所述右二级升力翼7内部右二级升力翼底板7A上的右连接限位块26上；所述升力翼伸缩工作时随着所述第一连架杆17和第二连架杆18转动运动推动所述左滑动架25和右滑动架24左右横向运动，进而实现所述多级升力翼的同步伸缩。

所述左连接限位块27与所述右连接限位块26通过螺栓分别固定安装在所述左二级升力翼底板4A及右二级升力翼底板7A上，横向左左右对称设置，分别与所述连架杆固定座23及所述左三级升力翼5与右三级升力翼8的连杆转轴5E中心处于同一条中心直线上；所述左连接限位块27与所述右连接限位块26为长方形结构，连接限位块有效长度L7对应所述多级升力翼左右伸出最大时所述第一连架杆17及所述第二连架杆18端部间的最小距离。

滑动架的另一种设施方式：所述左滑动架25与所述右滑动架24为呈左右两侧对称开设滑槽的且中部一体连结的矩形结构，所述中部一体连结的矩形结构有效长度对应所述多级升力翼左右伸出最大时所述第一连架杆17及所述第二连架杆18端部间的最小距离，所述左滑动架25与所述右滑动架24内部左右两侧对称开设滑槽行程最小长度对应非工作状态所述多级升力翼收回时所述第一连架杆17及所述第二连架杆18端部间的最大距离。

所述联动连杆组件LG对应的升力翼装置多级升力翼闭合时及半打开工作时连接状态如图16所示，对应的升力翼装置多级升力翼完全打开工作时连接状态如图17所示。

如图9、10、11所示，所述双作用液压起升装置9为双向双作用自锁型液压装置，主要包括起升缸体9A、贯穿密封套装于所述起升缸体9A的柱塞轴10、及贯穿套装于所述柱塞轴10上下两端并固定安装于所述起升缸体9A上下两端的起升装置上端盖12和起升装置下端盖11，所述双作用液压起升装置9通过所述起升装置上端盖12固定连接在列车车顶内部下侧。

所述柱塞轴10主要包括柱塞固定轴10A、柱塞行程轴10C、柱塞齿轮轴10D及密封滑动套装于所述起升缸体9A内腔体的柱塞盘10B；所述柱塞固定轴10A贯穿列车车顶，通过柱塞连接固定座31压装固定连接在所述升力翼安装基座1底部，在双向双作用自锁型液压装置油压驱动下，推动所述柱塞轴的上下运动及自锁，进而实现所述升力翼起升、回落及不同起升高度的定位工作；所述柱塞行程轴10C最小有效长度与所述起升缸体9A有效起升高度所对应；所述柱塞齿轮轴10D设于所述柱塞行程轴10C下部，最小有效长度与所述起升缸体9A有效起升高度所对应，转动连接于所述旋转驱动组件。所述起升缸体9A侧面上下分别开设有起升装置第一进出油口A1及起升装置第二进出油口A2，所述起升装置第一进出油口A1及所述起升装置第二进出油口A2分别连接所述控制单元的起升装置油液驱动控制单元。

如图9、10、12所示，所述旋转驱动组件主要包括驱动电机15及转动连接所述驱动电机15与所述双作用液压起升装置9的齿轮组件，所述齿轮组件包括互相啮合连接的主动齿轮14及从动齿轮13；所述驱动电机15固定连接在列车车体本体上；所述主动齿轮14通过主齿轮连接键38固定连接在所述驱动电机15的电机输出轴15A上；所述从动齿轮13通过从齿轮连接键39固定连接在双作用液压起升装置9的柱塞轴10的柱塞齿轮轴10D上，所述从动齿轮13轴向最小有效厚度与所述双作用液压起升装置9的起升缸体9A有效起升高度所对应，随着所述柱塞轴10的上下移动，均满足与所述主动齿轮14的有效啮合连接。

所述旋转驱动组件的齿轮组件在所述控制单元中旋转驱动控制单元的控制下，用于将驱动电机15的输出力矩的传递至所述双作用液压起升装置9的柱塞轴10，进而实现所述升力翼不同转动工作位的偏转定位及自锁。

高速列车升力翼装置工作模式说明：

（1）关停状态：高速列车停止运行时，高速列车升力翼装置处于起升高度为零、伸缩长度为零及旋转角度为零的关停工作状态；

（2）无侧风环境工作：在无侧风环境中工作时，高速列车升力翼装置根据列车具体轴重、运行速度及整车升力平衡需求等，在高速列车气动安全范围（满足脱轨系数及轮重减载率等技术参数要求）内，所启用的升力翼常态化开启起升高度及伸缩长度实时调整的工作模式；

（3）侧风环境工作：在侧风环境中工作时，高速列车升力翼装置根据列车具体轴重、运行速度、整车升力平衡需求及变风载荷状态，在高速列车气动安全范围（满足脱轨系数及轮重减载率等技术参数要求）内，所启用的升力翼在常态化无侧风环境中工作的基础上开启升力翼不同旋转角度实时化调整的工作模式。

（一）无侧风环境工作

装备该升力翼装置的高速列车在无侧风环境中运行时，高速列车升力翼装置根据列车具体轴重、运行速度及整车升力平衡需求等，在高速列车气动安全范围（满足脱轨系数及轮重减载率等技术参数要求）内，常态化启用升力翼开启起升高度及伸缩宽度实时调整的工作模式。

具体工作流程为：

无侧风环境中，所述旋转驱动组件处于锁定状态，在高速列车开启升力翼装置指令控制工作下，所述双作用液压起升装置9开启工作，所述控制单元中起升装置控制单元控制液压马达MD起动工作，第一换向阀HX1一位接通，起升装置第二进出油口A2进油，推动所述柱塞轴10向上运动，进而带动所述升力翼向上运动，达到一定指令起升高度后自锁，第一换向阀HX1三位接通，所述双向双作用伸缩液压驱动装置2开启工作，伸缩装置第一进出油口A3进油，各级伸缩缸体向左右开始伸出运动，推动所述多级升力翼中的左三级升力翼5与右三级升力翼8分别向两侧运动，同时在所述联动连杆组件LG的连接带动下，左二级升力翼4与右二级升力翼7分别随着左三级升力翼5与右三级升力翼8连续同步向左右两侧移动，达到一定指令伸缩宽度后自锁，升力翼装置常态化工作。此后，根据高速列车运行速度的变化及整车载重变化而引起不同升力平衡需求变化，升力翼开启起升高度及伸缩宽度实时化调整控制。列车停止时，控制所述双向双作用伸缩液压驱动装置2及双作用液压起升装置9依次反向进油，实现升力翼装置的多级升力翼逐次缩回及起升装置的回落关停。

（二）侧风环境工作

装备该升力翼装置的高速列车在侧风环境中运行时，高速列车升力翼装置根据列车具体轴重、运行速度、整车升力平衡需求及变风载荷状态，在高速列车气动安全范围（满足脱轨系数及轮重减载率等技术参数要求）内，在常态化无侧风环境中工作的基础上开启的升力翼不同旋转角度实时化调整的工作模式。

具体工作流程为：

侧风环境中，在无侧风环境中升力翼装置工作状态的基础上，根据变风载荷的不同作用状态及不同作用位置，所述控制单元中旋转驱动控制单元控制所述驱动电机15起动工作，通过所述旋转驱动组件的齿轮组件将驱动电机15的输出力矩的传递至所述双作用液压起升装置9的柱塞轴10，进而实现所述升力翼应对不同状态风载荷时对应的不同转动工作位的偏转定位及自锁。此后，根据高速列车所受不同风载荷的变化、运行速度的变化及整车载重变化而引起不同升力平衡需求变化，升力翼开启旋转角度、起升高度及伸缩宽度实时化调整控制。风载荷消失时，控制所述驱动电机15反向转动，实现升力翼装置常态化工作位回归。

本发明所述的高速列车升力翼装置主要具备以下优点：

（1）该高速列车升力翼装置安装于列车车顶，采用了关停、无侧风环境工作及侧风环境工作等多种工作模式，铁路限界空间较为富余、实施可行性高、增升效果明显，能够有效应对不同状态风载荷时对应的不同转动工作位的偏转定位及自锁；

（2）该高速列车升力翼装置采用双向双作用伸缩液压驱动装置及联动连杆组件协同作用的方式，实现多级升力翼左右横向同步伸缩运动及各翼板顺次过渡，结构设计集约化程度高、工作效率高、气动流场对称性好；

（3）该高速列车升力翼装置采用双作用液压起升装置，实现升力翼装置不同升力需求对应的不同起升高度实时可控，有效满足不同列车轴重、不同运行速度条件下的不同升力平衡需求；

（4）该高速列车升力翼装置采用旋转驱动组件，实现侧风环境中，升力翼装置应对不同状态风载荷时对应的不同转动工作位的偏转定位及自锁；

（5）该高速列车升力翼装置中升力翼采用左右对称设置并逐级嵌套连接的多级升力翼，其纵向截面轮廓为由底板、前侧板及尾侧板围合组成的呈底部平行上部凸起的流线型封闭结构，展开工作时，各级升力翼尾部长度从中间至两侧呈逐级缩短变化的过渡形式。该升力翼结构设计具备空气动力学性能优良、气动噪声小、增升效果明显、气动阻力系数小、集约化程度高等优点。

其中需要说明的是，本文献中提到的“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”、“上”、“下”等指示方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对技术方案的限制，所述连接关系可以指直接连接关系，也可以指间接连接关系。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于：所述方法以车顶布置工作高度、工作偏转角度及横向伸缩长度可无级调控的高速列车升力翼为操作对象，应用流体力学仿真软件，以满足高速列车行车安全及减阻降耗为主要目标，通过计算流体动力学的方法确定高速列车升力翼设置位置及布置规模的选择，具体位置优化及选择的确定方法包括以下步骤：

1）根据铁路建筑限界、桥隧限界条件及具体适用车型车辆限界条件，确定高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间；

2）根据步骤1）所确定的最大安装空间，结合高速列车升力翼工作最大空间需求，确定适用于应用车型及开行线路的升力翼工作最大起升高度、最大偏转角度及横向最大伸缩长度，并将该技术信息存储于升力翼实时智能调控模块；

3）通过计算机辅助设计技术创建某一比例的固定编组高速列车及等比例的满足双向制动高速列车升力翼装置三维计算模型；

4）高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围：

41）以应用的固定编组高速列车为研究对象，将步骤3）所述的某一比例的固定编组高速列车三维模型导入流体力学仿真软件中，给定控制方程，设定边界条件、计算流体参数、设定计算网格，创建计算流体力学模型；

42）在步骤41）的基础上，在无风环境长大明线上高速列车以运营时速运行的工况条件下，以单独每个车体为研究对象，进行流体仿真计算，计算出每个车体及整车所受阻力、升力、横向力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩；

43）分析确定高速列车整车升力不平衡动力学行为及姿态表征范围，即由于高速列车运行时前后车气动升力不均衡而造成的整车俯仰现象，基于升力不平衡车体，确定主要影响不平衡表征范围（Sa0~Sb0），列车具备双向运行要求时，包括对称在尾侧的尾侧不平衡表征范围（Sa1~Sb1）；

5）高速列车运营时速工况下克服整车升力不平衡的升力翼布置方案：

51）在步骤43）的基础上，结合高速列车司机室流线型设计、及车内设备布局、双向运行特点，在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内，纵向逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

52）通过在所述不平衡表征范围（Sa0~Sb0）内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第一最优布置点（Pa0）及尾侧对称位置的第二最优布置点（Pa1）；

6）高速列车除去由于克服整车升力不平衡而布设的升力翼后的单组升力翼协同布置方案：

61）在步骤52）的基础上，满足行车安全指标的第一最优布置点（Pa0）及尾侧对称位置的第二最优布置点（Pa1）之间所限定的纵向中部有效长度为第一研究空间，空间范围内逐次装配布置升力翼，并进行流体动力学仿真计算；

62）通过在所述第一研究空间内纵向逐次装配升力翼，分别根据流体仿真计算结果，分析判断并确定满足行车安全指标的第三最优布置点（Pa2）及尾侧对称位置的第四最优布置点（Pa3）；

63）判断单组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

7）高速列车除去由于克服整车升力不平衡而布设的升力翼后的2组升力翼协同布置方案：

71）在步骤6）的基础上根据双向运行的特点，采用计算流体力学的方法，验证优化同时启用前后升力翼的高速列车气动特性，并确定2组升力翼协同布置方案；

72）分析判断并确定满足行车安全指标，并判断2组升力翼布置时是否满足行车安全及减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则该型车在具体条件运行下升力翼安装位置优化及选择继续执行下述步骤；

8）高速列车除去由于克服整车升力不平衡而布设的升力翼后的多组升力翼协同布置方案：

81）依次在上述步骤中所确定最优布置点的情况下，以高速列车车顶纵向中部空置有效长度空间为研究对象，逐次逐一装配升力翼进行流体动力学仿真计算，确定较优点；

82）在较优点的基础上，分析判断并确定满足行车安全指标，并判断多组升力翼布置时是否满足减阻降耗指标要求，如果不满足条件，则继续增设升力翼重新计算确定。

2.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于：所述升力翼纵向安装布设于高速列车车顶；结构设计方面：在双向双作用伸缩液压驱动装置（2）及联动连杆组件（LG）联动驱动下，实现多级升力翼同步左右横向伸缩运动；在双作用液压起升装置（9）的带动下实现所述升力翼上下运动，同时在旋转驱动组件的驱动控制下实现升力翼装置的转动和自锁。

3.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于：所述的步骤1）中高速列车升力翼装置限界内车顶上部最大安装空间为高速列车车顶上部与铁路桥隧限界所形成的有效空间。

4.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于：所述的步骤3）中固定编组高速列车及等比例的满足双向运行的高速列车升力翼装置三维计算模型比例为一比一。

5.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于：所述的步骤3）中计算流体力学模型中，列车运行速度为大于300km/h，计算流体特征长度等于列车车体高度，车体表面及制动风翼为无滑移壁面边界条件，外流场上表面和侧面设为无滑移光滑壁面边界条件。

6.根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法，其特征在于，所述行车安全指标包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。

7.一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：采用根据权利要求1所述的一种高速列车升力翼安装布置方法而研究布设的装配升力翼的高速列车，其升力翼协同控制系统包括数据信息采集模块、数据模型构建及处理模块、升力翼动力学行为可视化模块及升力翼实时智能调控模块，具体协同控制方法包括以下步骤：

701）升力翼系统数据实时采集：包括环境风速及行车速度在内的行车数据信息提取，及通过在多级升力翼板表面安装布设多个动态压力传感器来采集升力翼工作时实时动态压力数据；

702）升力翼压力三维模型构建：利用步骤701）所采集到的数据点，根据每个数据点空间位置坐标依次建立升力翼受力三维数据模型；

703）数据分析处理：根据步骤702）所建立的升力翼受力三维数据模型，分析剔除采集数据中的突变点及失效点数据，利用插值方法，构建满足精度的升力翼流体力学计算模型，分析计算升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩；

704）升力翼工作姿态及动力学行为确定：根据步骤703）所计算的升力翼所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，进行可视化实时输出，并确定升力翼当前运行状态是否满足行车安全指标及减阻降耗指标要求，计算判断满足，则维持该姿态持续运行，计算判断不满足，则进入下一步骤；

705）升力翼运行状态不满足行车安全指标及减阻降耗指标要求时，启动升力翼实时智能调控，根据当前运行风环境运行及运行速度等级条件下所受气动横向力、阻力、升力、滚转力矩、偏航力矩及俯仰力矩，协同控制伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元及旋转驱动控制单元对升力翼进行适应性调控，以满足行车安全指标及减阻降耗指标要求。

8.根据权利要求7所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述数据信息采集模块用于升力翼表面受压数据的采集和处理，分别从布设的多个动态压力传感器输出动态压力信号，经过信号调理，至数据采集卡，在计算机中进行实时存储和处理，其中计算机硬件及软件系统包括驱动程序、内存、升力翼系统采集处理软件及数据显示、存储、后处理及输出平台。

9.根据权利要求7所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述动态压力传感器对称布设在所述多级升力翼的上下表面。

10.根据权利要求7或9所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述动态压力传感器包括布设在所述升力翼左侧的左一级升力翼动态压力传感器、左二级升力翼动态压力传感器和左三级升力翼动态压力传感器以及对称布设在右侧的右一级升力翼动态压力传感器、右二级升力翼动态压力传感器和右三级升力翼动态压力传感器，整体等间距布设在对应左一级升力翼（3）、左二级升力翼（4）、左三级升力翼（5）、右一级升力翼（6）、右二级升力翼（7）及右三级升力翼（8）的外部靠边缘处，满足不同伸缩长度的升力翼压力采集。

11.根据权利要求7或9所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述动态压力传感器为电感式压力传感器或压电式压力传感器。

12.根据权利要求7所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述升力翼实时智能调控模块中的旋转驱动控制单元所涉及的旋转驱动组件包括驱动电机（15）及转动连接所述驱动电机（15）与双作用液压起升装置（9）的齿轮组件；所述旋转驱动组件的齿轮组件在所述控制单元中旋转驱动控制单元的控制下，用于将所述驱动电机（15）的输出力矩传递至所述双作用液压起升装置（9）的柱塞轴（10）上，进而实现所述升力翼不同转动工作位的偏转定位及自锁。

13.根据权利要求7所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述升力翼实时智能调控模块中的伸缩装置油液驱动控制单元、起升装置油液驱动控制单元、动力单元和回路一体化连接布设，共用一个动力泵、一套溢流及安全保护装置，分别控制双作用液压起升装置（9）及双向双作用伸缩液压驱动装置（2）前后不同时的对应单系统工作。

14.根据权利要求13所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：一体化布设的所述伸缩装置油液驱动控制单元与起升装置油液驱动控制单元包括液压马达（MD）、与液压马达（MD）出油口所连接的第一换向阀（HX1）、与所述第一换向阀（HX1）两出口对应连接的第二换向阀（HX2）及第三换向阀（HX3）、与所述第二换向阀（HX2）所连接的第一单向阀（DX1）及第二单向阀（DX2）、与所述第三换向阀（HX3）所连接的第三单向阀（DX3）及第四单向阀（DX4）；所述第一单向阀（DX1）及第二单向阀（DX2）出口分别对应连接所述双作用液压起升装置（9）的起升装置第一进出油口（A1）及起升装置第二进出油口（A2），所述第三单向阀（DX3）及第四单向阀（DX4）出口分别对应连接所述双向双作用伸缩液压驱动装置（2）的伸缩装置第一进出油口（A3）及伸缩装置第二进出油口（A4）；所述第一单向阀（DX1）与起升装置第一进出油口（A1）油路之间及所述第二单向阀（DX2）与起升装置第二进出油口（A2）之间联通设置有第一截止阀（JZ1），所述第三单向阀（DX3）与伸缩装置第一进出油口（A3）油路之间及所述第四单向阀（DX4）与伸缩装置第二进出油口（A4）之间联通设置有第二截止阀（JZ2）；所述液压马达（MD）与所述第一换向阀（HX1）油路之间设有用于油压监控的压力计（YL）及用于节流保护作用的节流阀（JL）；所述液压马达（MD）与油箱（YX）之间设置有滤清器（LQ）。

15.根据权利要求13所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于：所述伸缩装置油液驱动控制单元与所述起升装置油液驱动控制单元为分别独立的两个液压控制系统，单独控制所述双作用液压起升装置（9）及双向双作用伸缩液压驱动装置（2）的系统工作。

16.根据权利要求7所述的一种高速列车升力翼协同控制方法，其特征在于，所述行车安全指标包括列车脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力及轮轴垂向力。

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