高速列车在横风中运行时,列车的气动特性及运行的安全性指标会发生显著的改变。我国幅员辽阔,高速列车在运行时经常会遇到暴风雨和沙尘暴天气,因此有必要研究高速列车在风雨和沙尘暴天气下运行的气动特性和安全性等问题。本文以国产CRH3高速动车组为研究对象,对其在风雨和沙尘暴环境中运行的气动特性以及运行安全性进行研究。基于三维定常不可压N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型,分别采用离散相模型和欧拉双流体多相流模型对高速列车在风雨和沙尘暴环境下运行进行仿真模拟。利用FLUENT软件建立了高速列车空气动力学模型并进行了气动性能仿真计算,分析了列车周围的流场及动力特性。基于计算多体动力学的理论,利用SIMPACK建立了高速列车的系统多体动力学模型,将高速列车在风雨和沙尘暴环境中运行得到的气动载荷加载到高速列车系统动力学计算模型中,研究了在风雨和沙尘暴环境下高速列车的运行安全性,根据有关高速列车车辆动力学的规范,确定了列车运行的安全域。研究结果表明,在风雨环境中,降雨强度对高速列车的气动特性影响不大,列车气动载荷随降雨强度略有增大。相比无降雨工况,降雨工况下列车表面压力、气动载荷等气动特性都会变大。在沙尘暴环境中,与无沙尘情况相比,列车表面压力和气动载荷明显增大。随着沙尘浓度的增大,气动载荷有增大的趋势,但增幅较小。经过对高速列车在风雨和沙尘暴环境中运行安全指标分析,得到了列车运行的安全车速。降雨强度60mm/h条件下,当横风速度小于12m/s时,列车可以在400km/h及以下的速度安全运行;当列车运行速度小于230km/h时,列车可以在速度30m/s及以下的横风中安全行驶。在强沙尘暴环境下,当横风速度小于13m/s时,列车可以在400km/h及以下的速度安全运行;当列车运行速度小于220km/h时,列车可以在速度30m/s及以下的横风中安全行驶。根据轮重减载率设定的列车安全运行速度最为保守,而根据轮轨垂向力设定的临界速度值最大,列车运行易发生危险。本文的研究结论可以对高速列车在风雨、沙尘暴等恶劣天气下的安全运行提供一定的参考依据。