随着高速铁路的迅速发展,列车运行速度不断提高,高速列车的空气动力学问题变得越来越不容忽视。具有成本低、周期短、精度高等优点的列车空气动力学数值仿真计算正逐步应用于工程优化设计中。而列车的气动阻力等空气动力学特性与列车的外形有着密不可分的关系。故车身外形的优化设计已成为提高其气动特性的主要手段。为提高列车头车的气动特性,本文以气动阻力与气动升力为优化目标,并采用优化平台集成空气动力学仿真软件对高速列车头车几何外形进行多目标气动优化设计。首先,对列车纵向和横向的两个方向上的基本控制线型分别进行不同车速及环境下的气动特性分析。在纵向上,对比分析了三种流线型头车造型的气动特性,由此得到纵向流线型曲线对其气动特性的影响关系以及列车气动特性与其运行速度的关系。在横向上,选取最大横截面为计算样本,通过仿真得到列车在常值和侧风两个环境下的横风气动特性的相关参数值。然后,将列车横向断面上的四个描述特征参数作为设计变量,将三个描述列车横风气动特性参数作为优化目标。两种横风环境下,均采用Isight优化平台集成网格划分软件及空气动力学仿真软件进行样本生成及自动计算,并通过使用响应面方法完成横向断面的多目标优化,提高了列车的横向稳定性。最后,对列车的三维模型进行多目标气动优化。为节省计算成本,在保证模拟精度的情况下,本文的三维列车模型采用三节编组模型。将列车头尾横、纵、垂三个方向上的8组节点位置作为设计变量,气动阻力和气动升力作为多优化目标,在优化平台上采用拉丁超立方实验设计方法并使用相同的优化设计流程,得到模型的气动阻力和气动升力特性。通过构造响应面代理模型得到优化目标与设计变量间的关系,并采用多岛遗传算法完成列车头车几何外形的多目标气动优化设计。优化结果表明各优化设计变量之间相互耦合,共同影响气动特性。并通过Pareto前沿解集找到最优解,得出优化后列车几何外形,其气动阻力值降低13.66%,气动升力值也由217.86 N有效减小至1.46 N。