随着高速铁路的迅速发展和运行速度的不断提高,高速列车空气动力学性能和运行安全性日益成为不可忽视的焦点问题。我国幅员辽阔、气候复杂多变,高速列车运行时容易遭遇诸如强风雨等恶劣天气,气动特性和安全性变差。因此,研究强风雨环境下高速列车气动特性及运行安全性具有十分重要的意义。本文开展了降雨环境下的多相流计算,验证了欧拉-拉格朗日方法的准确性,基于此方法研究了列车前端和迎风侧计算区域长度的合理取值;验证了无风和强风下高速列车空气动力学模型的准确性;分别建立了降雨环境和风雨环境下的高速列车空气动力学模型,分析了降雨环境下不同车速、不同降雨强度下的列车气动特性,及风雨环境下不同侧偏角、不同降雨强度和不同合成风速下的列车气动特性,给出了气动载荷系数与侧偏角、降雨强度、合成风速的拟合关系式;建立了高速列车的系统动力学模型,研究了不同降雨强度对高速列车运行安全域的影响。研究结果表明,列车前端和迎风侧计算区域长度应达到雨滴运动水平距离的1.5倍以上;降雨环境下,相对于无雨时,在车速为200 km/h、降雨强度为500 mm/h情况下,头车阻力系数最高增大13.59%,尾车升力系数最高增大12.7%;风雨环境下,合成风速会影响气动载荷系数,在10.2°的侧偏角下,头车侧力系数、升力系数和背风侧轨顶侧滚力矩系数最高分别增大4.7%、8.56%和6.29%;气动载荷系数可以近似拟合为关于降雨强度、合成风速和侧偏角的多项式;车辆系统动力学分析表明,在降雨强度为100 mm/h-500 mm/h情况下,降雨会使高速列车运行安全域缩小0.56%-3.2%。