“Kaldırma gövdesi” tasarımı tren vagonu için yararlı olur mu?

Kaldırma Gövdesi

Kaldırma gövdesi tasarımı fikri, bir aracın gövdesini kanatsız asansör üretecek şekilde şekillendirmektir. Araştırmalar, bunun hala asansör sağlarken sürtünmeyi azaltmanın etkili bir yöntemi olabileceğini göstermiştir.

Bu genellikle uçak veya uzay aracı için yapılır:

kaldırma organları

Benzer bir yaklaşım trenlerin daha verimli olmasına yardımcı olabilir mi?

Yolcu trenleri zaten aerodinamik ve aerodinamik görünüyor:

TGV

Yük trenleri şunları yapmaz:

yük treni

Hava direnci, trenlerin üstesinden gelmesi gereken tek direnç biçimi değildir. Ayrıca tekerleklerinin pist üzerindeki direncinin üstesinden gelmelidirler. Burası, bir kaldırıcı cisim tasarımından enerji tasarrufunun geleceğini düşünürdüm. Kaldırma gövdesi tasarımı tarafından oluşturulan herhangi bir ilave kaldırma, tekerlekler ve ray arasındaki sürtünmeyi azaltarak enerji tasarrufu sağlayacaktır.

Tren tekerleklerinin üzerinde flanşlar vardır, bu nedenle yönlendirmek için çekişe ihtiyaç duymazlar. Sürüş tekerlekleri sadece motorlarda olduğu için arabaların raylarda çekişe de ihtiyacı yoktur.

Bir kaldırma gövdesi, fark edilebilir bir fark yaratmak için tipik tren hızlarında yeterli kaldırma sağlayabilir mi?

aerospace-engineering rail

— hazzey
kaynak

Kırmak için hala sürtünmeye ihtiyacınız var. Bildiğim kadarıyla, itme lokomotif (ler) de "yoğunlaşmıştır", ancak kırılma kapasitesi trendeki tüm otomobillere dağılmıştır.

— Nick Alexeev

Gözle görülür bir etki yaratacak kadar büyük bir kaldırma gövdesi için, raydan çıkmanın bir sorun olabileceğini düşünürdüm.

— HDE 226868

"Tipik tren hızları" nın tren, ray ve yüke göre büyük ölçüde değiştiğini unutmayın. Eğimli eğriler, örneğin 20 bin galon herbisitin büyük bir su yoluna dökülmesini önlemek için büyük ölçüde düşük hızlar gerektirir . Bence bu "tipik hızları" ölçmek iş yarasa kapalı hemen sorunuza cevap gibi işin ilk sırası olduğunu düşünüyorum.

— Hava

Ayrıca, bir dizi modern yolcu treni , tahrik tekerleklerinin tren boyunca yayıldığı elektrikli çoklu ünitelerdir . Yolcu trenlerinde bile, bir kaldırma gövdesi genellikle kötü bir şeydir.

— cpast

Asansör sağlamak için bir treni nasıl şekillendirirsiniz? Öne bakan alan küçük ve kanatçıklar için mevcut genişlik küçük.

— Tüm

Yanıtlar:

Fark edilir bir fark yaratmanın mümkün olmadığını söylemeyeceğim. Ama bunun pek olası olmadığını söyleyebilirim.

Herhangi bir cisim üzerindeki kaldırma ve sürükleme kuvvetleri genellikle gövdenin hızına ( ), sıvının yoğunluğuna ( ), nesnenin alanına ( ) ve boyutsuz bir katsayıya ( veya ) bağlıdır. Uygulanabilir alan, ön alan veya planform alanından bahsediyor olmanız açısından biraz bulanık olabilir, ancak bir tren için bu temelde düzlemdeki seyahat yönüne normal olan alan olacaktır ( tren arabaları sadece lokomotifin ardındandır). Katsayılar türbülans nedeniyle hız ile biraz değişebilir, ancak genellikle 0 ile 2 arasında olacaktır. Fonksiyonel form: $v$ $\rho$ $A$ $C_L$ $C_D$

F_{L} = 1 / 2 ρ A C_{L} v^{2}

$F_L = 1/2\rho A C_L v^2$

Yük treni boyunda ve geniş olarak, ( ) hareket ederek kabaca tahmin ediliyor . Bu, asansörün tüm tren için civarında olacağını (sıradan bir otomobili kaldırmak için yeterli değil) verir. Bu hesaplamanın son derece hassas olması amaçlanmamıştır, ancak on kat kadar kapalı olsa bile, kaldırma, aracın toplam ağırlığına kıyasla minimum olacaktır. $4\, m$ $16 \, m/s$ $57 \, kph$ $2500 N$

Bununla birlikte, ek aerodinamik elemanlar eklemenin avantajlarını düşünebilirsiniz. Burada, asansör oluşturmak (tekerlekler üzerinde aşağı doğru kuvveti azaltmak için) ve sürükleme üretmek arasında bir dengeye girersiniz. Kaldırma-sürükleme oranları yüksek olabilir (iyi durumlarda ~ 50), tren tekerleklerinin yuvarlanma direnci aslında çok düşüktür ( ). Dolayısıyla, asansör sürtünmeden kaynaklanan kayıpları azaltacaktır, ancak daha fazla sürtünmeden kaynaklanan kayıpları artıracaktır. $C_{rr} \sim 0.00035$

Bu nedenle, sürüklemeyi azaltmak iyidir, ancak asansör sağlamak muhtemelen buna değmez. Aslında, bazı ağırlık ekleme pahasına sürtünmeyi azaltmak faydalı olabilir, çünkü tekerlekler bu yükü verimli bir şekilde taşımakta çok iyidir.

Not verileri için Wikipedia'ya ve mühendislik araç kutusuna başvurdum . Demiryolu tekerlekleri için kaynakları doğrulayamadım, ancak yol lastikleri için değerlerin Gillespie'nin "Araç Dinamiğinin Temelleri" ile doğru olduğunu doğrulayabildim. Doğrulama ile ilgili herhangi bir fikir memnuniyetle karşılanacaktır. $C_{rr}$

— Dan
kaynak

Temel sürtünme denklemi yüzeyini görmek güzel. Sadeliğine rağmen her türlü alanda en kullanışlı formül. Başka bir V faktörü ekleyin ve sürükleme nedeniyle toplam güç kaybı elde edin. Burada = ~ 40 kW (2kN x 16 m / s). Bu, baskın olduğu küçük (wrt treni) motorlu araçların aksine, burada rüzgarın bir tren için küçük bir kayıp faktörü olduğunu düşündürmektedir. AMA tekerlek başına ağırlık (mg) almak, taşıma başına kaldıracağınızı not ettiğiniz gibidir. Seri olarak bitişik sayısız vagonlar arasındaki müdahale, bunu "çok çok çok zor" kılar. ....

— Russell McMahon

.... Uçak kanadı yüklerine bakıldığında, temiz hava sağlanabilse bile tünellerin görünüşte ilginç olacağı :-).

— Russell McMahon

Sizin için ilginç bir vahiy ne olabilir (uzun zaman önce türettiğimde benim içindi) ya da benim için olduğundan daha açık olabilir. | Dikdörtgen bir kesit için (hayatı kolaylaştırmak için) A ve V hızını eğitir, trenin bir saniye içinde süpürdüğü hava hacmini (A x V) alın. İlgili kütleyi (A x V x Rho) tren yolundan çıkarmak için mevcut zamanda 0'dan V'ye hızlandırın. Bunu yapmak için gereken gücü hesaplayın. Uzaklarda (düşündüm). Sıkıştırılabilirlik ve sürükleme katsayısı ve tüm sihirli sayılar bunu karmaşıklaştırır, ancak temel sonuç memnuniyet vericidir.

— Russell McMahon

Kısa bir not, 0.00035 rakamınız doğru olsa bile, trenlerde binlerce tekerlek olmasa bile yüzlerce var. Tipik otomobilin 8 tekerleği olduğunu düşünüyorum ve tren başına 100'den fazla araba olabilir. Yük için, araç başına tekerlek sayısı daha da fazla olabilir. Dolayısıyla, seyir verimliliğini artırmak için yuvarlanan sürtünmeyi azaltma teşviki hala mevcuttur. Ama analizinize katılmalıyım: vücuttan veya kanatlardan kaldırma kuvveti bir tren için uygun değildir. Buna eklemek için kendi cevabımı gönderebilirim.

— DrZ214

Tekerlekler üzerindeki aşağı doğru kuvveti azaltmak istemezsiniz, çünkü bu acil bir durumda yavaşlamanın birincil yoludur . Bir treni durdurmak zaten biraz zaman alıyor, artık yapma. Kinetik sürtünmenin (tekerlekler kilitli), tekerlek üzerindeki aşağı doğru kuvvetle orantılı olduğunu ve frenlerin her araca yayıldığını unutmayın.

Tren tekerleklerinin üzerinde flanşlar vardır, bu nedenle yönlendirmek için çekişe ihtiyaç duymazlar. Sürüş tekerlekleri sadece motorlarda olduğu için arabaların raylarda çekişe de ihtiyacı yoktur.

Onlar do jantlar iç daha büyük olması dıştan yarıçapı ile hafifçe konik olan ve her ikisi de aksa birleştirilmiştir, çekiş gerekir. Bu şekilde, tren merkezden uzakta ya da dönüşte dış tekerleğin daha büyük bir etkin yarıçapı vardır, böylece onu rayın merkezine geri döndürür.

— mandal ucube
kaynak