Body Lifting
Ideą konstrukcji karoserii jest takie ukształtowanie karoserii pojazdu, aby uzyskać windę bez skrzydeł. Badania wykazały, że może to być skuteczna metoda zmniejszania oporu przy jednoczesnym zapewnieniu siły nośnej.
Zazwyczaj dzieje się tak w przypadku samolotów lub statków kosmicznych:
Czy podobne podejście może pomóc w zwiększeniu wydajności pociągów?
Pociągi pasażerskie wyglądają już na opływowe i aerodynamiczne:
Pociągi towarowe nie:
Opór powietrza nie jest jedyną formą oporu, którą pociągi muszą pokonać. Muszą także pokonać opór swoich kół na torze. To właśnie tutaj pomyślałbym, że przyniosłyby to oszczędności energii wynikające z konstrukcji nadwozia. Wszelkie dodatkowe podnoszenie utworzone przez konstrukcję nadwozia zmniejszy tarcie między kołami a szyną, oszczędzając w ten sposób energię.
Koła pociągu mają kołnierze, więc nie potrzebują przyczepności do kierowania. Samochody również nie potrzebują przyczepności na szynach, ponieważ koła napędowe są tylko na silnikach.
Czy nadwozie podnoszące może wytworzyć wystarczającą siłę nośną przy typowych prędkościach pociągu, aby wprowadzić zauważalną różnicę?
źródło
Odpowiedzi:
Nie powiem, że nie można zrobić zauważalnej różnicy. Ale powiedziałbym, że jest to do cholery mało prawdopodobne.
Siły unoszące i ciągnące na dowolnym ciele ogólnie zależą od prędkości ciała ( ), gęstości płynu ( ), powierzchni obiektu ( ) i bezwymiarowego współczynnika ( lub ). Odpowiedni obszar może być nieco niewyraźny, jeśli chodzi o to, czy chodzi o obszar czołowy, czy obszar planformy, ale dla pociągu będzie to zasadniczo obszar w płaszczyźnie normalnej do kierunku podróży (biorąc pod uwagę, że większość wagony kolejowe są po lokomotywie). Współczynniki mogą się nieco różnić w zależności od prędkości z powodu turbulencji, ale zwykle będą wynosić od 0 do 2. Forma funkcjonalna to:ρ A C L C Dv ρ A CL CD
Surowe oszacowanie pociągu towarowego jako wysokości i szerokości, poruszającego się z prędkością ( ). Daje nam to, że dźwig wyniesie około dla całego pociągu (niewystarczający do podniesienia zwykłego samochodu). Obliczenia te nie mają być zbyt precyzyjne, ale nawet dziesięciokrotnie, udźwig byłby minimalny w porównaniu z całkowitą masą pojazdu.164m 5716m/s 2500 N.57kph 2500N
Biorąc to pod uwagę, możesz rozważyć zalety dodania dodatkowych elementów aerodynamicznych. Tutaj dochodzi do kompromisu między generowaniem siły nośnej (w celu zmniejszenia siły skierowanej w dół na koła) a generowaniem oporu. Podczas gdy stosunek siły nośnej do oporu może być wysoki (w niektórych przypadkach ~ 50), opór toczenia kół pociągu jest w rzeczywistości bardzo niski ( ). Więc chociaż winda zmniejszy straty spowodowane tarciem, zwiększy straty wynikające z większego oporu.Crr∼0.00035
Tak więc zmniejszanie oporu jest dobre, ale zapewnienie podnoszenia prawdopodobnie nie jest tego warte. W rzeczywistości zmniejszenie oporu kosztem zwiększenia ciężaru może być korzystne, ponieważ koła są bardzo dobre w efektywnym przenoszeniu obciążenia.
NB I konsultowany Wikipedię i inżynierii Toolbox dla danych. Nie mogłem zweryfikować źródeł dla kół kolejowych, ale byłem w stanie potwierdzić, że wartości opon drogowych były prawidłowe za pomocą „Podstawy dynamiki pojazdu” Gillespie. Wszelkie pomysły dotyczące weryfikacji byłyby mile widziane.Crr
źródło
Nie chcesz zmniejszać siły skierowanej w dół na koła, ponieważ jest to podstawowy sposób na spowolnienie w sytuacji awaryjnej . Zatrzymanie pociągu zajmuje już trochę czasu, nie rób tego dłużej. Pamiętaj, że tarcie kinetyczne (zablokowane koła) jest proporcjonalne do siły skierowanej w dół na koło, a hamulce są rozłożone na każdy samochód.
Oni nie potrzebują trakcję, koła są lekko stożkowe z promieniem na zewnątrz jest większa niż wewnątrz i oba są połączone z osią. W ten sposób, gdy pociąg jest niecentryczny lub na zakręcie, koło zewnętrzne ma większy efektywny promień, dzięki czemu skręci z powrotem na środek toru.
źródło