Un design a "corpo di sollevamento" sarebbe utile per un vagone ferroviario?

Corpo di sollevamento

L'idea di un design del corpo di sollevamento è quella di modellare il corpo di un veicolo in modo da produrre un sollevamento senza ali. La ricerca ha dimostrato che questo può essere un metodo efficiente per ridurre la resistenza, fornendo al tempo stesso ascensore.

In genere ciò ha fatto per aeromobili o veicoli spaziali:

corpi di sollevamento

Un approccio simile potrebbe aiutare a rendere i treni più efficienti?

I treni passeggeri sembrano già aerodinamici e aerodinamici:

TGV

I treni merci non:

treno merci

La resistenza dell'aria non è l'unica forma di resistenza che i treni devono superare. Devono anche superare la resistenza delle loro ruote in pista. È qui che penso che verrebbe il risparmio energetico derivante dal design di un corpo sollevabile. Qualsiasi ulteriore sollevamento creato dal design del corpo di sollevamento ridurrebbe l'attrito tra le ruote e il binario, risparmiando così energia.

Le ruote del treno sono dotate di flange, quindi non hanno bisogno di trazione per sterzare. Inoltre, le auto non hanno bisogno di trazione sulle rotaie poiché le ruote motrici sono solo sui motori.

Un corpo di sollevamento potrebbe creare abbastanza sollevamento alle velocità tipiche del treno per fare una notevole differenza?

aerospace-engineering rail

— hazzey
fonte

Avresti ancora bisogno di attrito per poter rompere. Per quanto ne so, la spinta è "concentrata" nella (e) locomotiva (e), ma la capacità di rottura è distribuita su tutte le auto del treno.

— Nick Alexeev,

Per un corpo di sollevamento abbastanza sostanziale da creare un effetto evidente, penso che il deragliamento potrebbe essere un problema.

— HDE 226868,

Si noti che le "velocità tipiche dei treni" variano enormemente in base a treno, binario e merci. Le curve inclinate richiedono velocità notevolmente ridotte per impedire, ad esempio, di versare 20 mila litri di erbicida in una via navigabile principale . Penso che quantificare quelle "velocità tipiche" sia il primo ordine di attività in quanto potrebbe rispondere alla tua domanda fin dall'inizio.

— Air

Inoltre, un certo numero di moderni treni passeggeri sono unità multiple elettriche , in cui le ruote motrici sono sparse in tutto il treno. Anche con i treni passeggeri, un corpo di sollevamento è spesso negativo.

— fino al

Come faresti a modellare un treno per fornire ascensore? L'area rivolta in avanti è minuscola e la larghezza disponibile per le alette è minuscola.

— Jon of All Trades,

Risposte:

Non dirò che non è possibile fare una differenza evidente. Ma direi che è dannatamente improbabile.

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

F_{L} = 1 / 2 ρ A C_{L} v^{2}

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

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

$C_{rr} \sim 0.00035$

Quindi, ridurre la resistenza è buono, ma fornire un ascensore probabilmente non ne vale la pena. In effetti, ridurre la resistenza a scapito dell'aggiunta di un po 'di peso potrebbe essere utile perché le ruote sono così brave a sopportare quel carico in modo efficiente.

$C_{rr}$

— Dan
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Bello vedere la superficie dell'equazione di trascinamento di base. Una formula molto utile in tutti i tipi di area nonostante la sua semplicità. Aggiungi un altro fattore di V e otterrai una perdita di potenza totale dovuta al trascinamento. Qui = ~ 40 kW (2kN x 16 m / s). Ciò suggerisce che, a differenza dei piccoli veicoli a motore (wrt train) in cui predomina, qui la windage è un fattore di perdita minore per un treno. MA prendere peso (mg) dalle ruote è come si nota che prenderà un sollevamento per carrello. L'interferenza tra numerosi carri adiacenti in serie rende questo "molto molto molto difficile". ....

— Russell McMahon,

.... Guardare i caricamenti delle ali degli aerei suggerisce che anche se fosse possibile fornire aria pulita, i tunnel sarebbero di aspetto interessante :-).

— Russell McMahon,

Quale potrebbe essere una rivelazione interessante per te (era per me quando l'ho derivata molto tempo fa) o potrebbe essere più ovvia di quanto lo fosse per me. | Per una sezione rettangolare (per semplificare la vita) A e allena la velocità V, prendi il volume di aria che il treno sposta da parte in un secondo (A x V). Accelera la massa coinvolta (A x V x Rho) da 0 a V nel tempo disponibile per farla uscire dai treni. Calcola la potenza richiesta per farlo. Lontano (ho pensato). La compressibilità e il coefficiente di resistenza e tutti i numeri magici complicano questo aspetto, ma il risultato di base è gratificante.

— Russell McMahon,

Solo una breve nota, anche se la tua cifra di 0.00035 è corretta, i treni hanno centinaia se non migliaia di ruote. Penso che l'auto tipica abbia 8 ruote e ci possano essere più di 100 macchine per treno. Per il trasporto merci, il numero di ruote per auto potrebbe essere persino maggiore. Quindi l'incentivo per ridurre l'attrito al rotolamento per aumentare l'efficienza della crociera è ancora lì. Ma sono d'accordo con la tua analisi: la forza di sollevamento, sia dal corpo che dalle ali, non è praticabile per un treno. Potrei pubblicare la mia risposta da aggiungere a questo.

— DrZ214,

Non vuoi ridurre la forza verso il basso sulle ruote perché questo è il tuo mezzo principale per rallentare in caso di emergenza . Ci vuole già un po 'di tempo per fermare un treno, non farlo più. Ricorda che l'attrito cinetico (ruote bloccate) è proporzionale alla forza verso il basso sulla ruota e che i freni sono distribuiti lungo ciascuna vettura.

Le ruote del treno sono dotate di flange, quindi non hanno bisogno di trazione per sterzare. Inoltre, le auto non hanno bisogno di trazione sulle rotaie poiché le ruote motrici sono solo sui motori.

Essi non hanno bisogno di trazione, ruote sono leggermente conica con raggio all'esterno essendo maggiore rispetto all'interno e sono entrambi accoppiati al perno. In questo modo, quando il treno è fuori centro o in una curva, la ruota esterna ha un raggio effettivo maggiore, quindi la riporta al centro del binario.

— maniaco del cricchetto
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