随着速度的提高,列车与周围空气的相互作用加剧,空气阻力、列车风、横风稳定性等一系列列车空气动力学问题日益显着,研究发现这些问题主要都与列车外形有着密切的联系。为了改善列车空气动力学性能,减小列车对周围环境影响,为人们出行提供更舒适更安全可靠的交通工具,针对原有的列车外形必须不断地进行优化设计,从而寻求最优的列车造型。以流场数值仿真计算为基础,本文通过几种不同的研究手段对高速列车头车的空气动力学结构进行了初步优化设计,并由此得到了一些结论和依据,成功探索出了一种快速优化车头外形曲面的手段。本文主要开展了以下三个方面的工作：(1)对比分析了4种不同头部外形的流线型头车,结果显示单拱型头车外形比双拱型具有较好的气动性能,列车外形对其运行阻力具有显著影响。在列车外形设计时要避免曲面曲率突变,采用单拱外形,并且尽可能使其具有更长的流线型。(2)基于iSIGHT多学科优化软件调度CAD和CFD软件,实现设计变量自动寻优,得到了具有较优横风稳定性的车体断面。省去大量试验性设计,通过多目标优化算法寻找最优设计参数,得到了优化解集的Pareto前沿图,并得到了一定范围内车体断面相关参数与侧向力系数、升力系数和倾覆力矩系数之间的相关性,为车体断面设计工作提供了一定的理论依据。(3)基于Sculptor软件的任意变形技术,通过驱动列车车头曲面网格参数化变形,实现车头外形光滑变形。利用iSIGHT多学科软件集成化后自动寻优,得到了较优的车头外形曲面。优化后的车头鼻尖处和司机室观测窗处曲面高度都有所降低,通过分析得到了车头不同部位曲面变化对头车气动阻力的影响,为以后车头设计工作提供了一定依据。