王业腾，孙振旭，*，鞠胜军，王梦莹，杨国伟

(1. 中国科学院力学研究所 流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190；2. 中国科学院大学 工程科学学院，北京 100084)

0 引言

当高速列车在横风环境中运行时，其气动性能会显著恶化，严重时就会引发翻车事故。比如，1981年，印度一辆旅客列车在飓风的影响下摔落桥底，致使800多人死亡。因此，系统地研究横风作用下列车的气动特性显得尤为重要。数值模拟已被广泛应用于各个工业领域[1-3]，是高速列车空气动力学的主要研究方法之一，具有低成本、高效率等优点。Ben通过数值模拟得到了高速列车在不同角度横风作用下的气动升力[4]。Justin 等采用不同的湍流模型对列车受侧风作用时周围的流场进行了数值模拟[5]。刘荣等基于气动力和力矩数值结果，对高速列车临界倾覆风速进行了研究[6]。公衍军等建立了三维高架桥-列车耦合模型，并进行了列车速度和风速耦合作用下的数值模拟[7]。

为改善横风作用下高速列车的气动特性，学者们开始探索适用的优化方法。目前，常用于高速列车气动外形优化设计的方法大多围绕宏观尺度展开，但由于实际工程中的诸多限制，这类方法带来的增益效果已接近极限，需要从新的角度出发探寻提升列车气动性能的有效途径。因此，有学者试图从微观角度出发，探索提高高速列车气动性能的新途径。汪久根等设计并研究了不同类型微结构表面的降噪效果[8-9]。苗秀娟发现在列车顶部加肋可以帮助降低表面压力[10]。……