载运工具运用工程（国家重点学科）

学科代码：082304

“载运工具运用工程”二级学科，1956年获准培养硕士研究生，2000年获准博士学位授予权，2001年成为湖南省重点学科，2007年成为国家重点学科。

本学科目前拥有“轨道交通安全”教育部重点实验室，“轨道交通安全与环境”985科技创新平台，“轨道交通安全关键技术”教育部长江学者创新团队，“轨道交通创新人才培养”湖南省教学团队，“全国专业人才先进集体”。本学科拥有教育部长江学者特聘教授1人、新(跨)世纪人才4人，湖南省光召奖1人、优秀专家1人、“121人才工程”一、二层次人员4人。

学科培养人才应具有良好的道德品质，严谨求实的科学态度与作风。具有本学科坚实的理论基础和深入的专业知识并熟练掌握一门外语，了解本学科的历史、现状和发展趋势。具有独立从事本领域科学研究工作的能力。能在高等院校、科研院所、生产部门从事教学、科研、工程设计和管理工作。

注重教学研究创新及培养模式改革，本科教学加入国家“卓越工程师教育培养计划”，编写“十一五”规划教材1本，主持教育部特色专业建设项目1项、湖南省教改课题7项（包括省重点教改课题1项），获省教学成果一等奖1项，教学团队获湖南省“轨道交通创新人才培养教学团队”称号。

本学科点紧密结合国家及湖南省轨道交通发展重大需求，开展科学研究，形成了以下4个独具特色的研究方向：

1)    列车多体耦合撞击动力学

列车碰撞是轨道交通特有的强非线性多体耦合撞击问题，碰撞事故造成人员重大伤亡，为乘员提供碰撞时的被动安全保护，是当今世界铁路客车发展的方向。本学科点开辟了国内“列车撞击动力学”新领域研究，构建了从理论分析、列车多体耦合撞击模拟、吸能部件计算与试验、车体结构撞击计算、车辆脱轨倾覆到碰撞事故再现的列车多体耦合撞击动力学研究体系；建立一套为乘员提供安全保护的耐冲击吸能车体设计方法和列车碰撞安全评判准则，实现我国耐冲击吸能车体制造“零”的突破。目前是国内唯一取得实质性研究成果的单位，成为铁道部“列车撞击动力学及安全车体”研究与试验基地。成果“铁路客运列车耐冲击吸能车体”2005年获授权发明专利。

自主研建成功国内地面交通行业唯一能实时测定冲击力的车辆部件实物碰撞试验系统，包含该系统在内的成果“高速列车气动特性，撞击安全动模型试验系统及应用”，2004年获国家科技进步二等奖。“列车碰撞安全保护技术”2010年获湖南省科技进步一等奖。

应用上述研究成果，完成了出口客车和国产城轨客运列车的吸能结构设计，共出口伊朗等6个国家客车和动车组数百列；共生产国产城市轨道吸能结构车辆过千辆，应用于北京、广州、深圳等城市地铁。

开发列车碰撞事故再现技术。研发分析车辆结构弹性变形和塑性大变形状态的“列车纵向碰撞规律模拟及事故再现软件”，成功用于驼峰调车作业连挂速度的确定；解决了长大货物列车紧急制动导致车辆脱轨、列车碰撞等重大事故再现及原因分析的难题。为新型吸能列车研制及碰撞事故的后处理提供了科学依据。将进一步研究适用于我国的铁路干线吸能车体结构及列车碰撞安全保护技术。

2)    列车空气动力学

列车空气动力学是发展轮轨和磁浮高速的关键基础科学。本学科点开辟了国内新领域“列车空气动力学”研究，包括高速轮轨列车低速流和高速磁浮列车亚音速流两个方面。构建从理论分析、数值模拟计算、风洞试验、动模型试验到现场在线实车试验的列车空气动力学研究体系，解决了列车高速交会瞬态压力冲击、过隧道压力剧变、列车风影响等轨道交通特有的严重危及行车安全、降低旅客舒适度和影响周围环境的列车空气动力问题。建立列车空气动力行车安全评估方法，完成了我国既有铁路干线6次提速及新型国产和进出口客货列车的空气动力行车安全评估，成为铁道部“列车空气动力学”的研究与试验基地，是铁道部唯一承担我国列车空气动力行车安全评估的单位。“既有线提速200～250km/h技术研究试验与应用”2007年获铁道部科技进步一等奖、“铁路提速空气动力行车安全”2007年获铁道部科技进步二等奖、“轮轨、磁浮列车交会与行车安全研究”2004年获教育部科技进步一等奖。基于研究建立的一系列原创性理论关系式，撰写了我国第一部《列车空气动力学》专著，在国内空气动力学领域形成了“列车空气动力学”新的科学领域。

自主研建世界上规模最大、国内唯一的“模拟列车－隧道－路轨相对运动的列车空气动力特性动模型试验系统”，解决了风洞试验不能模拟车－隧－路之间相对运动的难题。研究成果“高速列车气动特性，撞击安全动模型试验系统及应用”2004年获国家科技进步二等奖（排名第1）、“列车交会压力波研究与应用”2003年获湖南省科技进步一等奖（排名第1）。

开展大风危害青藏铁路行车安全机理研究。对运行于青藏铁路各种路况下的各型车辆、在强侧风环境下风－车－路耦合空气流动的机理及列车空气动力特性开展了研究，得到大风环境下各种列车在不同路况下的安全运行速度限值。研究结果除用于青藏铁路外，已推广用于兰新铁路。成果“青藏铁路恶劣风环境下行车安全基础研究与监测预警系统”2008年获湖南省科技进步一等奖（排名第1）。

研建青藏铁路大风监测预警系统。在上述研究的基础上，研建成功世界上最长（辖域1120km）、车型及路况最复杂、能实时要求各种客、货列车按对应风速安全速度限值运行的“高原铁路长大风区大风监测预警行车安全指挥系统”。成果纳入2008年国家科技进步特等奖“青藏铁路工程”（单位排名第11、个人排名第47）。将进一步研究速度350km/h以上轮轨列车空气动力问题；东部沿海地区高速客运专线大风以及西部地区沙尘暴影响行车安全问题。

3)    列车运行控制与测试技术

本方向的研究内容是保障列车安全运行的关键技术。在列车运行安全状态监测方面，本学科点主持完成了“SS8型电力机车在线检测、实时诊断系统”、863项目“列车安全状态监测及故障预警技术研究”、国家自然科学基金项目“基于列车通信网络的高速列车故障诊断系统研究”等课题，出版了《列车故障在线诊断技术及应用》专著。在列车与部件性能诊断方面，主持开发填补国内空白的在线实车空气动力检测系统，成为铁道部唯一主持列车空气动力性能检测及行车安全评估的单位；成功研制了机车逻辑单元（LCU），在国内外首现了干线电力机车系统的无触点化，首次实现了电力机车电器控制系统的可编程控制，填补了国内空白，达到国际先进水平。该项目获2001年湖南省科技进步一等奖。目前该控制装置已批量应用在SS9、SS7D等多种型号电力机车和DDJ1高速动车上；主持研建的“电力机车称重调簧试验装置”、“客车空调机组性能移动式检测装置”等设施，已广泛应用于电力机车、车辆生产及运用部门。其中“微机控制的电力机车主整流器均压均流试验台”获湖南省科技进步三等奖。

我国车载监测目前仅在机车、高速动车组上得到实现，而其它车辆特别是货车由于缺乏电源，依靠地面设置的监测点，不能跟踪列车运行全过程。对此，本学科点正在开展将无线传感器网络应用于列车状态监测的研究，承担了国家863项目“基于无线传感器网络的铁路货运车辆危险状态监测系统研究与应用”、国家自然科学基金项目“基于车载无线传感器网络的列车运行安全信息监测关键技术研究”、“具有能量采集感知的无线传感器网络分簇路由协议研究”，以期实现在各种列车上均能设置车载检测系统。

4)    轨道交通车辆CAD集成技术

创建从列车空气动力分析到流线型外形、结构优化和工程设计、板梁数控加工、组焊一体化的流线型列车研制方法，完成了所有国产流线型列车外形与结构工程设计，使我国机车车辆民族工业在车体设计制造方面实现了技术跨越。“列车空气动力性能研究及外形结构设计方法”2001年获国家科技进步二等奖（排名第1）。