Будет ли конструкция «подъемного кузова» полезна для вагона?

Подъемное тело

Идея конструкции подъемного кузова состоит в том, чтобы сформировать кузов транспортного средства таким образом, чтобы обеспечить подъем без крыльев. Исследования показали, что это может быть эффективным методом снижения лобового сопротивления при сохранении подъемной силы.

Обычно это делается для самолетов или космических кораблей:

подъемные тела

Может ли подобный подход помочь сделать поезда более эффективными?

Пассажирские поезда уже выглядят обтекаемыми и аэродинамическими:

TGV

Грузовые поезда не делают:

грузовой поезд

Сопротивление воздуха - не единственная форма сопротивления, которую поезда должны преодолеть. Они также должны преодолеть сопротивление своих колес на трассе. Вот откуда я думаю, что экономия энергии благодаря конструкции подъемного кузова может быть получена. Любой дополнительный подъем, созданный конструкцией подъемного кузова, уменьшил бы трение между колесами и рельсом, тем самым экономя энергию.

На колесах поезда есть фланцы, поэтому им не нужно тяговое усилие для рулевого управления. Автомобили также не нуждаются в тяге на рельсах, поскольку ведущие колеса находятся только на двигателях.

Может ли грузоподъемное тело создать достаточную подъемную силу на типичных скоростях поезда, чтобы сделать заметную разницу?

aerospace-engineering rail

— Хаззей
источник

Вам все еще нужно трение, чтобы иметь возможность сломаться. Насколько я знаю, тяга «сконцентрирована» в локомотиве (ах), но разрывная способность распределяется по всем вагонам в поезде.

— Ник Алексеев

Я думаю, что для подъема кузова, достаточно существенного, чтобы создать заметный эффект, может возникнуть проблема.

— HDE 226868

Обратите внимание, что «типичные скорости движения поездов» сильно различаются в зависимости от поезда, пути и груза. Наклонные кривые требуют значительного снижения скорости, чтобы предотвратить, например, попадание 20 тысяч галлонов гербицида в основной водный путь . Я думаю, что количественная оценка этих «типичных скоростей» - это первый порядок бизнеса, поскольку он может сразу ответить на ваш вопрос.

— эфир

Кроме того, ряд современных пассажирских поездов представляют собой электрические множественные единицы , в которых ведущие колеса распределены по всему поезду. Даже в пассажирских поездах подъем кузова часто бывает плохим.

— cpast

Как бы вы пошли на формирование поезда, чтобы обеспечить лифт? Передняя область крошечная, а ширина, доступная для винглетов, крошечная.

— Джон на все руки

Ответы:

Я не скажу, что невозможно сделать заметную разницу. Но я бы сказал, что это чертовски маловероятно.

$v$ $\rho$ $A$ $C_L$ $C_D$

F_{L} = 1 / 2 ρ A C_{L} v^{2}

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

$4\, m$ $16 \, m/s$ $57 \, kph$ $2500 N$

$C_{rr} \sim 0.00035$

Таким образом, снижение сопротивления - это хорошо, но обеспечить подъем, вероятно, не стоит. На самом деле, снижение сопротивления за счет добавления некоторого веса может быть полезным, потому что колеса очень хорошо переносят эту нагрузку.

$C_{rr}$

— Дэн
источник

Приятно видеть основную поверхность уравнения сопротивления. Наиболее полезная формула во всех областях, несмотря на ее простоту. Добавьте еще один фактор V, и вы получите полную потерю мощности из-за сопротивления. Здесь = ~ 40 кВт (2 кН х 16 м / с). Это говорит о том, что в отличие от небольших (по сравнению с поездом) транспортных средств, где он преобладает, здесь ветер является незначительным фактором потерь для поезда. НО вес (мг) с колес, как вы заметили, будет подниматься на одну карету. Помехи среди многочисленных последовательно смежных вагонов делают это "очень, очень, очень трудно". ....

— Рассел МакМахон

.... Глядя на нагрузку на крыло самолета, можно предположить, что даже при наличии чистого воздуха туннели были бы интересны по внешнему виду :-).

— Рассел МакМэхон

Что может быть интересным откровением для вас (это было для меня, когда я получил его давным-давно) или может быть более очевидным, чем для меня. | Для прямоугольного поперечного сечения (чтобы облегчить жизнь) A и скорости поезда V, возьмите объем воздуха, который поезд сметает в сторону за одну секунду (A x V). Ускорьте задействованную массу (A x V x Rho) с 0 до V за отведенное время, чтобы убрать его с пути поезда. Рассчитайте мощность, необходимую для этого. Далеко (подумал я). Сжимаемость, коэффициент сопротивления и все магические числа усложняют это, но основной результат - отрадно.

— Рассел МакМэхон

Просто быстрое замечание, даже если ваша цифра 0,00035 верна, поезда имеют сотни, если не тысячи колес. Я думаю, что типичная машина имеет 8 колес, и может быть более 100 вагонов на поезд. Для грузов, количество колес на машину может быть еще больше. Таким образом, стимул для снижения трения качения для повышения крейсерской эффективности все еще существует. Но я должен согласиться с вашим анализом: подъемная сила, как от тела, так и от крыльев, не подходит для поезда. Я могу опубликовать свой собственный ответ, чтобы добавить к этому.

— DrZ214

Вы не хотите уменьшать нисходящее усилие на колесах, потому что это ваше основное средство замедления в чрезвычайной ситуации . Уже нужно время, чтобы остановить поезд, не делайте его больше. Помните, что кинетическое трение (колеса заблокированы) пропорционально нисходящей силе на колесо, и тормоза распространяются вдоль каждого автомобиля.

На колесах поезда есть фланцы, поэтому им не нужно тяговое усилие для рулевого управления. Автомобили также не нуждаются в тяге на рельсах, поскольку ведущие колеса находятся только на двигателях.

Они действительно нуждаются в тяге, колеса слегка конические с радиусом снаружи больше, чем внутри, и они оба связаны с осью. Таким образом, когда поезд смещен от центра или в повороте, внешнее колесо имеет больший эффективный радиус, таким образом, оно поворачивает его обратно к центру пути.

— чокнутый урод
источник