Gekoppelte aerodynamische und fahrdynamische Simulation zur Optimierung von Tunnelfahrten

Abstract

Eingleisige Tunnelröhren auf Hochgeschwindigkeitsstrecken stellen aufgrund der kleinen Querschnittsfläche in Bezug auf den Luftwiderstand bei der Tunneldurch-fahrt, der entstehenden Drucklasten sowie der Abstrahlung von Mikrodruckwellen, welche Ursache des sogenannten Tunnelknalls sind, besondere Herausforderungen an die Planung und Dimensionierung des Bauwerks. Gegenwärtig werden die akusti-schen Umweltwirkungen durch bauliche Anpassungen wie Portalhauben, Quer-schnittsaufweitungen oder Entlüftungsschächte beeinflusst. Im vorliegenden Beitrag wird untersucht, in wieweit betriebliche Anpassungen der Fahrkennlinie des Zuges geeignet sind, die Tunnelaerodynamik und -akustik zu beeinflussen. Hierzu werden eine aerodynamische Simulation der Druckentwicklung innerhalb des Tunnels sowie eine fahrdynamische Simulation in einem iterativen Prozess gekoppelt, sodass wech-selseitige Abhängigkeiten von Fahrverhalten und Tunnelaerodynamik modelliert werden können. Die Methodik wird anhand eines Fallbeispiels auf Basis des Katzen-bergtunnels getestet und es wird gezeigt, dass durch die Reduktion der Tunnelein-fahrgeschwindigkeit sowohl die Umweltwirkung von Tunnelfahrten als auch die Energieeffizienz positiv beeinflusst werden können bei relativ moderaten Fahrzeitver-lusten.