火车运行时，车头挤压前方空气，使之往各方向逃逸，形成列车风。空气有粘性，列车风与列车发生相对运动时，二者之间就发生相互作用，产生系列空气动力学问题。

首先，以一定压力和流速变化形式表现出来的列车风，作用在路边人员可能危害站台上的乘客和沿线作业人员的人身安全，甚至卷起路边或站台上的货物危及列车运行安全。为了确保沿线人员及铁路运营安全，要合理设置列车通过时的安全退避距离。目前，国际上用来确定人员安全退避距离的标准有风速标准和气动力两种指标。我国对站台上人体允许承受的最大空气动力为 100N，对线路作业的人体最大允许承受的空气动力为 130N；站台旅客和线路作业人员允许承受的列车风风速的建议值为 14m/s。因此，为安全起见，在火车停靠的站台上要画白色的安全线，在高速列车通过的站台上离列车(1.9~3)m 处设置安全栅栏。在此也提醒各位读者，在站台候车期间，一定要在安全线以外的区域候车，以免发生意外！**

（火车站台安全线）

其次，气流在绕列车流动时，列车周围的附面层沿厚度方向位置不同，气流流速也迅速变化，而各不同速度层之间将产生切向力，这种沿列车运行反方向形成的切向力合力称为空气摩擦阻力；同时，由于粘性的存在，列车风在流动过程中会有压力损失，导致列车车辆前后表面空气压力有显著的差异，这些压力差沿列车运行反方向的合力，称为空气压差阻力。列车空气压差阻力和空气摩擦阻力之和，称为列车气动阻力。研究表明，列车气动阻力与列车速度的平方成正比。因此，随着运行速度的提高，气动阻力在总阻力中的比重也会越来越大。当列车以 200km/h 速度行驶时，空气阻力占总阻力的 70%左右，和谐号 CRH380A在京沪高铁跑出时速 486.1 公里时，气动阻力超过了总阻力的92%。

（新干线 100 高速列车运行阻力与速度关系）

另外，列车风流动过程中由于气流形态或压力变化直接产生的、在统计上是无规则的声音，称为气动噪声。研究表明，气动噪声强度与列车运行速度的 6~8 次方成正比。在速度大于350km/h 的情况下，空气动力学噪声超越机械噪声，成为列车的主要噪声来源。噪声传递到车内，使乘客的感觉舒适性大大降低；传递到车外，使铁路沿线两侧的居民深受其害。对于高速列车，气动噪声问题已成为工程界和科学界共同关注的一个热点，这个关键问题的解决直接关系到高速轨道交通的实用性和可持续发展。

上面的描述可能有点抽象，下面结合大家坐火车的实际体验进一步介绍列车空气动力学问题。

坐火车时，当邻线有车从对面驶过的时往往会有车体被排开的感觉，并伴有呼啸声，为什么呢？这是因为当火车交会时，由于相对速度急剧增加，两车之间的气流受到挤压发生强烈运动，在列车表面产生很强的压力脉冲，对列车安全运行、旅客乘坐舒适性以及周围环境将产生不良影响，如使车厢产生过大的变形并伴有爆破声，击碎车窗玻璃，横向振动加剧等。在 1998 年 6 月的进行的一次提速实验中，时速 160 公里的试验列车与K316 次列车(115km/h)相遇，强大的交会压力波吸走K316 列车的一块玻璃，打碎了两块，碎玻璃又连续打在试验列车上导致列车一定程度的损伤。因此，我国已将检验列车交会空气压力波作为列车运行安全评估的重要内容之一。

（列车交会压力脉冲**(U=260km/h，V=210km/h)**

（标准动车组高速交会）

当我们乘坐的火车在隧道行驶时，耳朵有时会有不适的感觉，这又是为什么呢？列车驶入隧道时，车头对周围空气挤压所形成的活塞效应，在前方形成一个压缩波，此压缩波到达隧道出口时，大部分溢出形成微气压波，少部分反射回来为膨胀波；当列车尾部也进入隧道时，产生一个膨胀波，并在出口反射一个压缩波。这一系列的压缩波和膨胀波，以接近声音的速度沿隧道传播与交汇，当列车速度达到一定值后便会引起一系列的气动问题：隧道内的压力变化，会引起车体结构疲劳，且如果车辆密封不好，会造成车内空气压力急剧变化而导致乘客耳朵不适；隧道出口处的微气压波，会引起车辆本身与周围物体的震动，造成对周围环境不良的影响等等。武广客运专线开通初期，某 CRH 型列车过隧道时，车体侧壁产生较大的弹性变形并伴有爆破声，严重地影响了旅客乘坐舒适性和列车运行安全。因此，列车过隧道所产生的压力波是高速铁路设计中必须解决的关键技术问题之一。

（列车过隧道压力波示意图）

日本是最早开行高速列车的国家，正是因为列车交会和隧道空气动力学等问题的制约，其商业运营速度至今都未超过 330km/h。

2007 年 2 月 28 日凌晨，从乌鲁木齐驶往阿克苏的 5806 次旅客列车行至南疆线珍珠泉至红山渠间 42 公里＋300 米处时，因大风造成车辆脱轨，11 节车厢在大风中倾覆，全部翻倒在风口的山坡上。事故造成 4 名旅客死亡，南疆线中断行车九个小时。

（列车被风吹翻事故）

上述事故是如何发生的呢？这是因为在横风作用下，列车空气动力学性能恶化，不仅列车运行阻力、升力和横向力迅速增加，还影响列车的横向稳定性。横风环境下，空气发生绕流，由于粘性存在，气流在列车不同表面所产生的压力也不同，压力差会产生一个倾覆力矩M，当风力达到一定的程度时，列车便会在该力矩的作用下发生倾覆。

（横风环境下列车受力示意图）

从建国至今，我国已发生多起火车被大风吹翻事故，造成了严重的人员伤害和经济损失。为了避免类似事故的发生，降低环境对铁路运输的影响，我国已在青藏、新疆以及部分沿海铁路建立了大风预警系统，制定了《大风天气列车安全运行办法》。该系统可以对铁路沿线风速进行时事地在线检测和预报，根据不同风速等级对进入风区的列车采取限速或停轮避风等技术措施，从而最大限度地保证列车的运营安全。

（新疆铁路大风自动检测站）

列车在运行过程中除了上述外流场问题，还有空调进气、客室内温度分布等内流场问题，篇幅所限不再赘述。

随着运行速度的不断提高，列车空气动力学问题也变得更加严峻。由于列车的庞大、细长和近地运行，与汽车和航空飞行器相比，其空气动力学问题具有特殊性。鉴于对高速铁路建设与运营的重要性及特殊性，高速列车空气动力学问题得到世界各国的高度重视。自 20 世纪 50 年代以来，各国在发展高速铁路的过程中，都将空气动力学问题作为重点攻关课题进行了大量的研究。通过研究，探究列车空气动力学问题形成机理，分析各参数对列车空气动力学性能的影响规律，为列车与沿线建筑物设计提供理论依据和支撑。

（免责声明：内容来源于网络，版权归原作者所有。本文为科普性知识，仅作信息交流之目的，不做商业用途，如涉及作品内容、版权和其它问题，请联系我们删除。）

来源: 大道至简 车行轨上