中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室坐落在美麗的星城長沙，擁有自主設計、全世界規模最大、國內唯一的“列車空氣動力性能及撞擊模擬實驗裝置”，成功開發了“青藏高原鐵路大風環境下行車安全保障系統”，在列車空氣動力學和列車撞擊動力學兩個學科前沿領域取得了國際領先水平的研究成果，先後承擔過國家及鐵道部高速列車、提速列車和磁懸浮列車研製等一系列課題。其中，國家重點科技攻關項目、國家自然科學基金、國家高技術產業發展項目、“863”重大專題項目10餘項，被鐵道部確定為我國列車空氣動力學、列車撞擊動力學和新型列車車體研究基地。迄今為止，國內所有流線型高速列車的外形結構設計及氣動研究，全部在這裡完成。實驗室擁有儀器設備總計200餘台件。主要包括：列車空氣動力學動模型及車輛部件、碰撞試驗裝置、高速攝像系統、SGI超級圖形工作站、多通道數據採集系統、複雜曲面CAD/CAM加工系統等。
基本介紹
實驗室簡介,團隊成員,科學研究,
實驗室簡介
針對軌道交通安全中亟待解決的關鍵科學技術問題，實驗室的主要研究方向為列車空氣動力學及外形結構設計與列車撞擊動力學及安全車體設計。相應地建設有紅外光電測速系統、超音波測距系統、瞬態壓力測試系統、穩態壓力測試系統等實驗系統。並成熟掌握了列車瞬態加速和緊急制動技術、適合我國國情的實車試驗測試技術以及耐衝擊吸能車體的設計技術。此外，還自主創建了一套從列車氣動性能分析到流線外型結構工程化設計、板梁數控加工一體化的流線型列車研製方法。在數值計算方面，成功地解決了三維可壓縮非定常列車交會空氣壓力波數值計算這一世界難題，鐵道部也因此把列車交會安全評估試驗這一評估權授予了軌道交通安全教育部重點實驗室。
實驗室自成立以來獲得多項大獎，1998年，獲得中華鐵路總工會火車頭獎和鐵道部先進集體，2000年，獲得湖南省科技進步一等獎，2002年，獲得國家科技進步二等獎，國家“九五”重點攻關優秀科技成果獎等。國家科技進步特等獎1項，國家科技進步二等獎2項、省部科技進步一等獎6項。
中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室
中南大學軌道交通安全教育部重點實驗室作為中南大學交通運輸工程學院重要的人才培養基地，實驗室開設有列車空氣動力學、車輛現代設計方法、彈塑性力學有限元法等多門課程的實驗教學任務，為中南大學輸出了大量優秀的本科和碩士畢業生。多數已成為高速機車車輛、交通裝備設計製造及運用部門的骨幹及高級專門人才。
多年來，實驗室始終加強提升自主創新能力，積極與國內外相關單位進行學術合作與交流，不斷為我國軌道交通的發展提供新技術，並成為凝聚和培養高水平創新技術人才的重要基地。今後，實驗室將朝著推動學術研究與工程套用有機結合的方向努力，為鐵路行業創造更大的社會效益，使軌道交通安全實驗室成為我國鐵路發展領域一個知識密集、設備精良、技術先進的重要研究基地，以嶄新的面貌迎接更大的挑戰。
團隊成員
長江學者創新團隊主要成員
一、田紅旗教授
田紅旗，工學博士，中南大學教授，長江學者特聘教授，博士生導師，全國政協委員，中南大學校長，軌道交通安全教育部重點實驗室主任，中國空氣動力學會風工程與工業空氣動力學會副主任，中國鐵道學會安全委員會委員、鐵道裝備學術帶頭人，《鐵道學報》編輯委員會委員，牽引動力國家重點實驗室學術委員會委員，湖南省鐵道學會車輛委員會委員，我國列車空氣動力學、列車撞擊動力學專家。主持研建了世界上規模最大國內唯一的“列車空氣動力特性動模型試驗系統”以及“青藏高原鐵路大風環境下行車安全保障系統”，建立了列車空氣動力性能研究及外形結構設計方法、耐衝擊吸能車體結構設計方法。主持完成了所有國產流線型列車車體設計、我國鐵路六次提速的全部列車空氣動力行車安全評估、全部國產耐衝擊吸能車輛設計。
田紅旗教授是我國鐵路空氣動力學和列車撞擊動力學專家。在解決我國高速鐵路空氣動力問題、列車碰撞安全保護技術、惡劣風環境行車安全等方面取得系列原創性和工程套用成果。獲國家科技進步二等獎2項，均排名第1；國家科技進步特等獎1項，排名第47；以排名第1獲省部科技進步一等獎4項、二等獎2項，國家發明專利10項；出版學術專著、編著各1部；EI、SCI收錄論文42篇。
二、梁習鋒教授
梁習鋒，教授，博士生導師。近幾年來緊密結合我國鐵路提速、高速鐵路發展需要，承擔國家“863”、國家自然科學基金和鐵道部項目36項，其中主持18項。獲國家科技進步二等獎2項、省部級科技進步一等獎4項、二等獎2項、三等獎2項，實施國家發明專利1項、公開8項，EI收錄論文22篇。
1、列車空氣動力學
（1）自主成功研建世界上規模最大國內唯一的“列車空氣動力特性動模型試驗系統”，作為該試驗系統主要研建負責人之一，負責試驗系統的總體技術方案設計，成功解決了試驗模型瞬間加速和高速制動的難題，該試驗系統填補了我國在研究列車交會、過隧道空氣動力效應試驗研究裝備的空白。
（2）開發出流線型車體外形和梁結構設計軟體，實現了流線型車體結構無圖紙化設計，極大地減輕了設計、施工強度，縮短了生產周期。
（3）開發出三維可壓縮非定常列車繞流數值模擬及內外流場耦合計算軟體，成功地解決了流場計算中流動複雜性、計算模型外形不規則性和計算區域複雜性等三大技術難題，大大縮短高速列車外形設計周期，降低設計成本。
（4）研製出均勻吸氣地板，用於研究風洞試驗中固定地板附面層的影響，解決了我國列車風洞試驗中無活動地板的難題。
2、列車運行安全評估
（1）針對青藏鐵路特殊風環境，結合列車編組、載重等信息，提出不同類型列車安全運行速度限值，為成功研建“青藏高原鐵路大風預警與行車指揮系統”奠定了基礎。提出的《青藏線格拉段大風天氣列車安全運行暫行管理辦法》已全部納入青藏鐵路公司《行車組織規則》。
（2）採用實車試驗和數值計算方法，完成了新疆鐵路大風環境下列車及防風設施空氣動力學綜合研究，為完善和修改烏局現行《大風天氣列車安全運行辦法》提供了科學依據；針對新疆鐵路的防風、防沙問題，提出了最優擋風牆高度和形狀。
（3）建立了列車空氣動力行車安全評估方法，主持開發了填補國內空白的線上實車空氣動力檢測技術，完成了我國既有鐵路幹線6次提速、新型國產客貨運列車和引進動車組的空氣動力學行車安全評估。主要試驗結果已納入鐵道部“鐵路200～250km/h既有線技術管理暫行辦法”（鐵科技[2007]61號）。
作為中南大學“列車運行安全與環境工程”學科帶頭人，結合所承擔的科研項目，精心培養碩士及博士研究生36人。由於在科研與教學工作中做出的突出成績，2002年獲茅以升鐵路教育科研專項獎，2004年被選為教育部新世紀人才，2005年被評為湖南省新世紀121人才，2006年獲茅以升鐵道科學技術獎，2008年被評為國務院享受政府特殊津貼人員。
三、劉國偉教授
工學碩士，中南大學教授，博士生導師，1994年至今主要從事列車空氣動力學、車輛結構強度分析及列車撞擊動力學，計算機圖形學及計算機輔助設計與製造的科研和教學工作。近年來獲省部級科技進步一等獎2項，主持鐵道部科研項目2項，湖南省科技廳科研項目1項。作為課題組主要研究人員參加國家及鐵道部課題22項，其中國家“八五”、“九五”重點攻關課題7項。獲發明專利1項，實用新型專利2項。
四、高廣軍教授
工學博士，教授，碩士生導師，中南大學交通運輸工程學院副院長，湖南省青年骨幹教師，英國伯明罕大學訪問學者。主要從事列車空氣動力學、撞擊動力學和系統動力學方面的研究。共獲得國家科技進步2等獎1項，省部級1等獎3項、2等獎2項。發表論文20餘篇，其中10多篇被SCI/EI/ISTP收錄。
科學研究
主要研究方向
研究方向名稱 | 研究方向英文名稱 | |
1 | 列車空氣動力學 | Train aerodynaics |
2 | 列車撞擊理論與多體耦合撞擊動力學 | Train Collision Theory and Multi-car Coupling Impact Dynamics |
3 | 軌道交通噪聲與控制 | Rail Traffic Noise and Control |
4 | 列車運行品質分析與評價 | Train Operation Quality Analysis and Evaluatio |
1.列車空氣動力學
列車空氣動力學是發展輪軌和磁浮高速的關鍵基礎科學。本學科點開闢了國內新領域“列車空氣動力學”研究，包括高速輪軌列車低速流和高速磁浮列車亞音速流兩個方面。構建從理論分析、數值模擬計算、風洞試驗、動模型試驗到現場線上實車試驗的列車空氣動力學研究體系，解決了列車高速交會瞬態壓力衝擊、過隧道壓力劇變、列車風影響等軌道交通特有的嚴重危及行車安全、降低旅客舒適度和影響周圍環境的列車空氣動力問題。建立列車空氣動力行車安全評估方法，完成了我國既有鐵路幹線6次提速及新型國產和進出口客貨列車的空氣動力行車安全評估，成為鐵道部“列車空氣動力學”的研究與試驗基地，是鐵道部唯一承擔我國列車空氣動力行車安全評估的單位。“既有線提速200～250km/h技術研究試驗與套用”2007年獲鐵道部科技進步一等獎、“鐵路提速空氣動力行車安全”2007年獲鐵道部科技進步二等獎、“輪軌、磁浮列車交會與行車安全研究”2004年獲教育部科技進步一等獎。基於研究建立的一系列原創性理論關係式，撰寫了我國第一部《列車空氣動力學》專著，在國內空氣動力學領域形成了“列車空氣動力學”新的科學領域。
自主研建世界上規模最大、國內唯一的“模擬列車－隧道－路軌相對運動的列車空氣動力特性動模型試驗系統”，解決了風洞試驗不能模擬車－隧－路之間相對運動的難題。研究成果“高速列車氣動特性，撞擊安全動模型試驗系統及套用”2004年獲國家科技進步二等獎（排名第1）、“列車交會壓力波研究與套用”2003年獲湖南省科技進步一等獎（排名第1）。
開展大風危害青藏鐵路行車安全機理研究。青藏高原不僅大風期長並常發生難以掌控的局部區域氣候突變，再加上線路建有大量的高路堤、高架橋，更加劇了大風的影響。針對這一情況，本學科點對運行於該線路各種路況的各型車輛、在強側風環境下風－車－路耦合空氣流動的機理及列車空氣動力特性開展了研究，得到大風環境下各種列車在不同路況下的安全運行速度限值。研究結果除用於青藏鐵路外，已推廣用於蘭新鐵路。成果“青藏鐵路惡劣風環境下行車安全基礎研究與監測預警系統”2008年獲湖南省科技進步一等獎（排名第1）。
研建青藏鐵路大風監測預警系統。在上述研究的基礎上，研建成功世界上最長（轄域1120km）、車型及路況最複雜、能實時要求各種客、貨列車按對應風速安全速度限值運行的“高原鐵路長大風區大風監測預警行車安全指揮系統”。成果納入2008年國家科技進步特等獎“青藏鐵路工程”（單位排名第11、個人排名第47）。
將進一步研究速度350km/h以上輪軌列車空氣動力問題；東部沿海地區高速客運專線大風以及西部地區沙塵暴影響行車安全問題。
2.列車撞擊理論與多體耦合撞擊動力學
列車碰撞是軌道交通特有的強非線性多體耦合撞擊問題，碰撞事故造成人員重大傷亡，為乘員提供碰撞時的被動安全保護，是當今世界鐵路客車發展的方向。本學科點開闢了國內“列車撞擊動力學”新領域研究，構建了從理論分析、列車多體耦合撞擊模擬、吸能部件計算與試驗、車體結構撞擊計算、車輛脫軌傾覆到碰撞事故再現的列車多體耦合撞擊動力學研究體系；建立一套為乘員提供安全保護的耐衝擊吸能車體設計方法和列車碰撞安全評判準則，實現我國耐衝擊吸能車體製造“零”的突破。目前是國內唯一取得實質性研究成果的單位，成為鐵道部“列車撞擊動力學及安全車體”研究與試驗基地。成果“鐵路客運列車耐衝擊吸能車體”2005年獲授權發明專利。
自主研建成功國內地面交通行業唯一能實時測定衝擊力的車輛部件實物碰撞試驗系統，包含該系統在內的成果“高速列車氣動特性，撞擊安全動模型試驗系統及套用”，2004年獲國家科技進步二等獎。“列車碰撞安全保護技術”2010年獲湖南省科技進步一等獎。
開發列車碰撞事故再現技術。研發分析車輛結構彈性變形和塑性大變形狀態的“列車縱向碰撞規律模擬及事故再現軟體”，成功用於駝峰調車作業連掛速度的確定；解決了長大貨物列車緊急制動導致車輛脫軌、列車碰撞等重大事故再現及原因分析的難題。為新型吸能列車研製及碰撞事故的後處理提供了科學依據。
將進一步研究適用於我國的鐵路幹線吸能車體結構及列車碰撞安全保護技術。
