Porównując przekrój nowoczesnych szybkich pociągów ze starymi wagonami kolejowymi, które miały proste ściany i były ograniczone do prędkości około 200 km / h, zauważam, że większość z nich ma zakrzywione ściany zewnętrzne. Szerokość kabiny zmniejsza się wraz z wysokością (i wysokościami zajmowanymi przez pasażerów), co oczywiście zmniejsza przestrzeń i komfort wewnątrz kabiny. Moje pytanie brzmi: jakie są z tego główne korzyści? Myślę o:
niższy przekrój pociągu, tj. zmniejszony opór aerodynamiczny.
dolny środek ciężkości. Nie jest to złe przy silnych wiatrach bocznych!
niższy moment bezwładności dla toczenia się wokół osi wzdłużnej między kołami w celu jazdy z dużymi zakrętami koryta.
Jakie są więc główne zalety zakrzywionych ścian zewnętrznych? Czy okrągły kształt jest najlepszy?
źródło
Odpowiedzi:
Wszystkie trzy wymienione elementy są poprawne. I to, co powiedział Solar Mike, jest również poprawne. Oto lista innych pozycji.
1- dzięki zaawansowanemu projektowi mogą łatwiej budować idealne kształty niż w dawnych czasach, gdy pudełko było domyślną strukturą dla pociągów i samochodów.
2-cylindryczne kształty idealnie nadają się do skręcania podłużnego spowodowanego wibracjami spowodowanymi zawieszeniem i turbulencjami wywołanymi przez sam pociąg. Również cały samochód działa jak zintegrowana rura konstrukcyjna i jest z natury silniejszy. Podczas gdy stare wagony kolejowe łatwo się wypaczały i rozpadały.
3 - oszczędność materiału, dla tej samej objętości cylinder ma mniejszą powierzchnię.
4 - sprawność strukturalna, okrągłe powierzchnie dzielą i przenoszą naprężenia znacznie lepiej niż prostokątne, które koncentrują naprężenia na rogach i grzechotce i ulegają zniszczeniu zmęczeniowemu.
5- wiatry poprzeczne i burzowe podmuchy łatwiej omijają okrągłe przekroje.
źródło
Stara konstrukcja powozu opierała się na 4 powierzchniach, co oznaczało ograniczenie prędkości. Wraz ze wzrostem prędkości dochodzi do czterokrotnego wzrostu naprężeń konstrukcyjnych. Tak jak wczesne tunele budowano o prostokątnych przekrojach, tylko dzięki wynalazkowi mojego pradziadka tunele stały się cylindrycznymi rurami pod Londynem. Być może wynikało to z sugestii Alfreda Ely'ego Beacha z 1840 r., Że przekrój kołowy byłby bardziej wydajny. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz James Henry Greathead. Wczesna konstrukcja płatowca była oparta na pudełku, ale teraz jest eliptyczna.
Prostokątna konstrukcja ma 4 rogi, które muszą wytrzymać połączone naprężenia przenoszone przez 2 współbieżne powierzchnie w celu zachowania integralności strukturalnej. Ta wada jest eliminowana przez eliptyczne kształty i usuwa potencjalne słabe i ciężkie punkty zębnika.
Centroidy pociągów są przyjmowane osiowo na całej długości, a ze względu na lekkie materiały w wagonie, CoG jest zwykle od spodu wagonu. Usunięte punkty cebuli umożliwiają zwiększenie prędkości dzięki lepszemu zarządzaniu naprężeniami strukturalnymi w tkaninie pociągu.13
Kluczową kwestią jest również wyeliminowanie możliwości zahartowania przez odkształcenie, a tym samym zwiększenie bezpieczeństwa mechanicznego zastosowanych materiałów.
źródło