本發(fā)明涉及到移動列車氣動特性測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)及其測試方法。

背景技術(shù)：
隨著我國高速鐵路的迅速發(fā)展，高速列車在風(fēng)荷載作用下的安全性受到人們的廣泛關(guān)注，而準(zhǔn)確獲得列車氣動力是評估其運行安全的前提條件。已有列車氣動特性研究成果大多是基于靜止列車氣動力測試獲得的，沒有考慮列車的運行速度，而目前高速列車的運行速度達(dá)80m/s，遠(yuǎn)大于良態(tài)氣候下的自然風(fēng)速（通常列車頂部風(fēng)速小于20m/s），因此用靜止列車的氣動力測試結(jié)果評估高速列車的運行安全可能會存在隱患。少數(shù)學(xué)者利用測力天平對移動列車的氣動特性進(jìn)行了測試，但測試結(jié)果中包含了諸多難以避免與剔除的外力，例如，模型系統(tǒng)振動引起的慣性力、軌道的摩擦力及附屬設(shè)施的氣動力等。因此，為準(zhǔn)確評估高速列車在風(fēng)荷載作用下的運行安全，研究一種移動列車氣動特性的高精度測試系統(tǒng)及其測試方法成為亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)及其測試方法，通過在移動列車表面布置風(fēng)壓測點，由高精度的風(fēng)壓傳感器獲得列車表面的風(fēng)壓分布，進(jìn)而對風(fēng)壓積分得到氣動力。由于風(fēng)壓傳感器測得的壓力全部由風(fēng)荷載產(chǎn)生，氣動力測試結(jié)果可完全避免外力的干擾，傳感器的高精度可進(jìn)一步保證測試結(jié)果的精度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)，包括用以模擬移動列車的模擬裝置、設(shè)置在模擬裝置上的風(fēng)壓測點和用以從模擬裝置獲得氣動特性信息的測試裝置，模擬裝置和測試裝置之間通過兩者內(nèi)部分別設(shè)置的無線發(fā)送接收模塊進(jìn)行相互連接。優(yōu)選地，模擬裝置包括用以為測試系統(tǒng)提供安裝位置和空間的CRH高速列車模型，CRH高速列車模型表面設(shè)有至少一個風(fēng)壓測點，CRH高速列車模型內(nèi)部設(shè)置有用以測試CRH高速列車模型表面風(fēng)壓分布的壓力傳感器、用以傳遞風(fēng)壓的傳壓管路、用以風(fēng)壓的采集存儲的嵌入式計算機(jī)和電源系統(tǒng)，風(fēng)壓測點測得的風(fēng)壓通過傳壓管路傳輸至壓力傳感器，壓力傳感器分別連接嵌入式計算機(jī)和用以提供測試系統(tǒng)的電源的電源系統(tǒng)。優(yōu)選地，測試裝置包括用以發(fā)送控制指令、接收和存儲采集信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析的中央PC機(jī)，中央PC機(jī)分別連接用以確保各風(fēng)壓測點的同步性的時標(biāo)系統(tǒng)、用以提供采樣指令的觸發(fā)系統(tǒng)以及用以對測得壓力大小進(jìn)行標(biāo)定的標(biāo)定系統(tǒng)。CRH高速列車模型：氣動力測試對象，在其表面布置風(fēng)壓測點，并為測試系統(tǒng)提供安裝位置和空間；壓力傳感器裝置：測試列車表面風(fēng)壓分布；嵌入式計算機(jī)：風(fēng)壓的采集存儲；無線發(fā)送模塊：將列車上采集的數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)綗o線接收模塊，再傳到中央PC機(jī)；時標(biāo)系統(tǒng)：確保各測點的同步性；觸發(fā)系統(tǒng)：提供采樣指令，指示系統(tǒng)開始采樣；標(biāo)定系統(tǒng)：對測得壓力大小進(jìn)行標(biāo)定；電源系統(tǒng)：提供列車上無限測試裝置的電源；中央PC機(jī)：接收和存儲采集信號，并進(jìn)行后期的處理分析。中央PC機(jī)通過編制程序?qū)Σ杉盘栠M(jìn)行處理，得到高速列車的氣動力。優(yōu)選地，嵌入式計算機(jī)和/或中央PC機(jī)內(nèi)裝有用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、濾波、標(biāo)定、緩存、同相、發(fā)送、接收、顯示、存儲、查詢、分析和管理的軟件系統(tǒng)。優(yōu)選地，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)濾波模塊、數(shù)據(jù)標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)同相模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接受模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和操作管理模塊。優(yōu)選地，CRH高速列車模型車箱內(nèi)部設(shè)為用以安裝測試部件的空腔。優(yōu)選地，傳壓管路、壓力傳感器、嵌入式計算機(jī)和電源系統(tǒng)均設(shè)置在CRH高速列車模型的車箱內(nèi)部空間中。優(yōu)選地，風(fēng)壓測點的數(shù)量根據(jù)壓力傳感器連接的傳壓管路數(shù)量相應(yīng)的設(shè)定。優(yōu)選地，測試系統(tǒng)還設(shè)置有調(diào)試裝置。優(yōu)選地，無線發(fā)送接收模塊的發(fā)送接收端設(shè)置有硬件加密器。優(yōu)選地，移動便攜設(shè)備通過無線發(fā)送接收模塊連接到測試系統(tǒng)的硬件加密器，實現(xiàn)移動便攜設(shè)備與測試系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的連通。優(yōu)選地，測試系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有用以提供網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)慕粨Q機(jī)，用以提供無線傳輸以及網(wǎng)絡(luò)共享。優(yōu)選地，CRH高速列車模型內(nèi)部挖空，以便布置風(fēng)壓測點和安裝測試部件。優(yōu)選地，CRH高速列車模型表面布置風(fēng)壓測點，測點數(shù)量可根據(jù)精度要求和壓力傳感器通道數(shù)量選擇。優(yōu)選地，傳壓管路、壓力傳感器、嵌入式計算機(jī)和電源系統(tǒng)均設(shè)置在CRH高速列車模型的車箱內(nèi)，便于列車的移動。優(yōu)選地，嵌入式計算機(jī)或/和中央PC機(jī)內(nèi)裝有軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)濾波模塊、數(shù)據(jù)標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)同相模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接受模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和操作管理模塊。軟件系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、濾波、標(biāo)定、緩存、同相、發(fā)送、接收、顯示、存儲、查詢、分析和管理。優(yōu)選地，移動便攜設(shè)備通過無線發(fā)送接收模塊連接到移動列車無線動力測試系統(tǒng)的硬件加密器，實現(xiàn)移動便攜設(shè)備與移動列車無線動力測試系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的連通。優(yōu)選地，系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有交換機(jī)，用以提供無線傳輸以及網(wǎng)絡(luò)共享。交換機(jī)：提供網(wǎng)絡(luò)無線傳輸。優(yōu)選地，系統(tǒng)測試結(jié)果為風(fēng)壓，可以有效避免外力對氣動力測試結(jié)果的干擾，保證氣動力的測試精度。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：一種移動列車氣動特性的高精度測試方法，在CRH高速列車模型表面布置風(fēng)壓測點，測點處的風(fēng)壓經(jīng)布置在模型體內(nèi)的測壓管傳輸至壓力傳感器，信號的采集和存儲采用無線方式以便列車移動，通過編制的程序?qū)π盘栠M(jìn)行處理可得到高速列車的氣動力，進(jìn)而可對CRH高速列車運行的安全性進(jìn)行分析研究。由于該方法直接測得的是風(fēng)壓，故可有效地避免外力對氣動力測試結(jié)果的干擾，保證測試結(jié)果的精度，為高速鐵路“風(fēng)-車-橋”系統(tǒng)氣動性能的試驗研究提供了技術(shù)保證。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是：一種基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)的測試方法，步驟如下：（1）將CRH高速列車模型內(nèi)部挖空，并在其表面布置風(fēng)壓測點；（2）通過傳壓管路將風(fēng)壓測點處的風(fēng)壓傳輸至風(fēng)壓傳感器，風(fēng)壓傳感器連接嵌入式計算機(jī)；（3）嵌入式計算機(jī)通過無線發(fā)送接收模塊與中央PC機(jī)以及與中央PC機(jī)相連的時標(biāo)系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)和標(biāo)定系統(tǒng)實現(xiàn)采集信號的無線接收、存儲；（4）通過編制程序?qū)Σ杉盘栠M(jìn)行處理，得到高速列車的氣動力。本發(fā)明的有益技術(shù)效果是：1、高精度的測試移動列車氣動三分力，判別列車運營的安全性根據(jù)模擬裝置特點，研制了移動列車氣動三分力高精度測試系統(tǒng)，本發(fā)明測試系統(tǒng)測得的氣動力可以有效地避免外力對測試結(jié)果的干擾，保證氣動力的測試精度。2、無線采集、傳輸功能，實現(xiàn)了移動列車動力測試的可能性因風(fēng)洞內(nèi)移動列車有線測試的復(fù)雜性，研制的無線采集、傳輸模塊，實現(xiàn)移動列車表面風(fēng)壓的無線采集、傳輸和處理。以上特點為高速鐵路“風(fēng)-車-橋”系統(tǒng)氣動性能的試驗研究提供了技術(shù)保證。系統(tǒng)除了進(jìn)行“風(fēng)-車-橋”移動列車風(fēng)洞試驗外，還可擴(kuò)展到實際列車無線動力測試。附圖說明圖1是本發(fā)明實施例基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)中模擬裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)中測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中：1、模擬裝置；2、風(fēng)壓測點；3、測試裝置；4、無線發(fā)送接收模塊；5、CRH高速列車模型；6、壓力傳感器；7、傳壓管路；8、嵌入式計算機(jī)；9、電源系統(tǒng)；10、中央PC機(jī)；11、時標(biāo)系統(tǒng)；12、觸發(fā)系統(tǒng)；13、標(biāo)定系統(tǒng)。本發(fā)明目的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。具體實施方式具體實施的一種基于風(fēng)壓積分的移動列車氣動特性測試系統(tǒng)，包括用以模擬移動列車的模擬裝置1、設(shè)置在模擬裝置1上的風(fēng)壓測點2和用以從模擬裝置1獲得氣動特性信息的測試裝置3，模擬裝置1和測試裝置3之間通過兩者內(nèi)部分別設(shè)置的無線發(fā)送接收模塊4進(jìn)行相互連接。高精度的測試移動列車氣動三分力，判別列車運營的安全性，根據(jù)模擬裝置特點，研制了移動列車氣動三分力高精度測試系統(tǒng)，本發(fā)明測試系統(tǒng)測得的氣動力可以有效地避免外力對測試結(jié)果的干擾，保證氣動力的測試精度。無線采集、傳輸功能，實現(xiàn)了移動列車動力測試的可能性，因風(fēng)洞內(nèi)移動列車有線測試的復(fù)雜性，研制的無線采集、傳輸模塊，實現(xiàn)移動列車表面風(fēng)壓的無線采集、傳輸和處理。本實施例的，模擬裝置1包括用以為測試系統(tǒng)提供安裝位置和空間的CRH高速列車模型5，CRH高速列車模型5表面設(shè)有至少一個風(fēng)壓測點2，CRH高速列車模型5內(nèi)部設(shè)置有用以測試CRH高速列車模型5表面風(fēng)壓分布的壓力傳感器6、用以傳遞風(fēng)壓的傳壓管路7、用以風(fēng)壓的采集存儲的嵌入式計算機(jī)8和電源系統(tǒng)9，風(fēng)壓測點2測得的風(fēng)壓通過傳壓管路7傳輸至壓力傳感器6，壓力傳感器6分別連接嵌入式計算機(jī)8和用以提供測試系統(tǒng)的電源的電源系統(tǒng)9。本實施例的，測試裝置3包括用以發(fā)送控制指令、接收和存儲采集信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析的中央PC機(jī)10，中央PC機(jī)10分別連接用以確保各風(fēng)壓測點的同步性的時標(biāo)系統(tǒng)11、用以提供采樣指令的觸發(fā)系統(tǒng)12以及用以對測得壓力大小進(jìn)行標(biāo)定的標(biāo)定系統(tǒng)13。本實施例的，中央PC機(jī)10通過編制程序?qū)Σ杉盘栠M(jìn)行處理，得到高速列車的氣動力。本實施例的，嵌入式計算機(jī)8和/或中央PC機(jī)10內(nèi)裝有用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、濾波、標(biāo)定、緩存、同相、發(fā)送、接收、顯示、存儲、查詢、分析和管理的軟件系統(tǒng)。本實施例的，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)濾波模塊、數(shù)據(jù)標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)同相模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接受模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和操作管理模塊。本實施例的，CRH高速列車模型5車箱內(nèi)部設(shè)為用以安裝測試部件的空腔。本實施例的，傳壓管路7、壓力傳感器6、嵌入式計算機(jī)8和電源系統(tǒng)9均設(shè)置在CRH高速列車模型5的車箱內(nèi)部空間中。本實施例的，風(fēng)壓測點2的數(shù)量根據(jù)壓力傳感器6連接的傳壓管路7數(shù)量相應(yīng)的設(shè)定。本實施例的，測試系統(tǒng)還設(shè)置有調(diào)試裝置。本實施例的，無線發(fā)送接收模塊4的發(fā)送接收端設(shè)置有硬件加密器。本實施例的，移動便攜設(shè)備通過無線發(fā)送接收模塊4連接到測試系統(tǒng)的硬件加密器，實現(xiàn)移動便攜設(shè)備與測試系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的連通。本實施例的，測試系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有用以提供網(wǎng)絡(luò)無線傳輸?shù)慕粨Q機(jī)，用以提供無線傳輸以及網(wǎng)絡(luò)共享。具體實施的一種移動列車氣動特性的高精度測試方法，步驟如下：（1）將CRH高速列車模型5內(nèi)部挖空，并在其表面布置風(fēng)壓測點2；（2）通過傳壓管路7將風(fēng)壓測點2處的風(fēng)壓傳輸至風(fēng)壓傳感器6，風(fēng)壓傳感器6連接嵌入式計算機(jī)8；（3）嵌入式計算機(jī)8通過無線發(fā)送接收模塊4與中央PC機(jī)10以及與中央PC機(jī)10相連的時標(biāo)系統(tǒng)11、觸發(fā)系統(tǒng)12和標(biāo)定系統(tǒng)13實現(xiàn)采集信號的無線接收、存儲；（4）通過編制程序?qū)Σ杉盘栠M(jìn)行處理，得到高速列車的氣動力。具體實施的一種移動列車氣動特性的高精度測試方法，包括CRH高速列車模型5和壓力傳感器6，在CRH高速列車模型5表面布置風(fēng)壓測點2，風(fēng)壓測點2處的風(fēng)壓經(jīng)布置在模型體內(nèi)的傳壓管路7傳輸至壓力傳感器6，壓力傳感器6連接嵌入式計算機(jī)8和電源系統(tǒng)9，嵌入式計算機(jī)8上設(shè)置有無線發(fā)送接收模塊4，嵌入式計算機(jī)8通過無線發(fā)送接收模塊4與中央PC機(jī)10內(nèi)的無線發(fā)送接收模塊4進(jìn)行連接，中央PC機(jī)10連接有時標(biāo)系統(tǒng)11、觸發(fā)系統(tǒng)12、標(biāo)定系統(tǒng)13。其還在于：CRH高速列車模型5內(nèi)部挖空，以便風(fēng)壓測點2布置和安裝測試部件。其還在于：CRH高速列車模型5表面布置風(fēng)壓測點2，風(fēng)壓測點2數(shù)量可根據(jù)精度要求和壓力傳感器6通道數(shù)量選擇。其還在于：傳壓管路7、壓力傳感器6、嵌入式計算機(jī)8和電源系統(tǒng)9均設(shè)置在CRH高速列車模型5的車箱內(nèi)。其還在于：嵌入式計算機(jī)8或/和中央PC機(jī)10內(nèi)裝有軟件系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)濾波模塊、數(shù)據(jù)標(biāo)定模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、數(shù)據(jù)同相模塊、數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接受模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、參數(shù)設(shè)置模塊和操作管理模塊。軟件系統(tǒng)：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、濾波、標(biāo)定、緩存、同相、發(fā)送、接收、顯示、存儲、查詢、分析和管理。其還在于：移動列車無線動力測試系統(tǒng)還設(shè)置有調(diào)試裝置。其還在于：無線發(fā)送接收模塊4的發(fā)送接收端設(shè)置有硬件加密器。其還在于：移動便攜設(shè)備通過無線發(fā)送接收模塊4連接到移動列車無線動力測試系統(tǒng)的硬件加密器，實現(xiàn)移動便攜設(shè)備與移動列車無線動力測試系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)信息的連通。其還在于：測試系統(tǒng)內(nèi)還設(shè)置有交換機(jī)，用以提供無線傳輸以及網(wǎng)絡(luò)共享。其還在于：測試系統(tǒng)測試結(jié)果為風(fēng)壓，可以有效避免外力對氣動力測試結(jié)果的干擾，保證氣動力的測試精度。如圖1所示，移動列車氣動特性的高精度測試方法包括CRH高速列車模型5和壓力傳感器6，在CRH高速列車模型5表面布置風(fēng)壓測點2，風(fēng)壓測點2處的風(fēng)壓經(jīng)布置在模型體內(nèi)的傳壓管路7傳輸至壓力傳感器6，壓力傳感器6連接嵌入式計算機(jī)8和電源系統(tǒng)9，嵌入式計算機(jī)8上設(shè)置有無線發(fā)送接收模塊4，嵌入式計算機(jī)8通過無線發(fā)送接收模塊4與中央PC機(jī)10內(nèi)的無線發(fā)送接收模塊4進(jìn)行連接，中央PC機(jī)10連接有時標(biāo)系統(tǒng)11、觸發(fā)系統(tǒng)12標(biāo)定系統(tǒng)13，通過編制程序?qū)Υ鎯Φ牟杉盘栠M(jìn)行處理，可得到高速列車的氣動力，進(jìn)而可對CRH高速列車運行的安全性進(jìn)行分析研究。