Particle image velocimetry of the undercarriage flow of downscaled train models in a water-towing tank for the assessment of ballast flight

Abstract

In dieser Arbeit wird die Problematik des Schotterflugs unter Hochgeschwindigkeitszügen untersucht. Zum einen durch die Messung der Unterbodenströmung eines 1:50 Zugmodells in einem Wasserschleppkanal durch Anwendung des optischen Messverfahrens Particle Image Velocimetry und zum anderen durch vereinfachte Impulsberechnungen des Bewegungsverlaufs eines Schottersteins. Für jeweils drei verschiedene Zugmodell- und Bodenkonfigurationen wurde die horizontale und vertikale Geschwindigkeitskomponente in der Symmetrieebene zwischen dem festen Boden und dem Modellunterboden gemessen. Die durch die Geschwindigkeitsfelder induzierten aerodynamischen Lasten wurden für einen vereinfachten, freistehenden und virtuellen Schotterstein im Gleisbett berechnet, um die Auslösung und die Bewegung über dem Gleisbett und die daran anschließende Flugbahn zu simulieren.

In this thesis the issue of ballast flight for high-speed trains is closely examined using (a) two-component high-speed particle image velocimetry of the undercarriage flow beneath 1:50 high-speed train models in a water-towing tank and (b) simplified momentum calculations regarding the path of motion of a dislodged trackbed ballast particle. The horizontal and vertical velocity components in the vertical plane extending between the trackbed and the train undercarriage in the trackbed line of symmetry were measured for three different train and three different ground configurations. The measured undercarriage flow fields were applied to an exposed, simplified and virtual ballast particle in the trackbed to simulate its dislodgement, its transport over the trackbed and its flight path.