Um projeto de “corpo de elevação” seria útil para um vagão de trem?

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Corpo de elevação

A idéia de um projeto de carroceria de elevação é modelar a carroceria de um veículo de maneira a produzir elevação sem asas. A pesquisa mostrou que esse pode ser um método eficiente de reduzir o arrasto enquanto ainda fornece sustentação.

Isso normalmente ocorre em aeronaves ou naves espaciais:

corpos de elevação

Uma abordagem semelhante poderia ajudar a tornar os trens mais eficientes?

Os trens de passageiros já parecem aerodinâmicos e aerodinâmicos:

TGV

Os trens de carga não:

trem de carga

A resistência do ar não é a única forma de resistência que os trens devem superar. Eles também devem superar a resistência de suas rodas na pista. É aqui que eu pensaria que as economias de energia de um projeto de corpo de elevação viriam. Qualquer elevação adicional criada pelo projeto da carroceria reduziria o atrito entre as rodas e o trilho, economizando energia.

As rodas do trem têm flanges, para que não precisem de tração para dirigir. Os carros também não precisam de tração nos trilhos, já que as rodas motrizes estão apenas nos motores.

Um corpo de elevação poderia criar sustentação suficiente em velocidades típicas de trem para fazer uma diferença perceptível?

hazzey
fonte
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Você ainda precisaria de fricção para poder quebrar. Até onde eu sei, o impulso é "concentrado" na (s) locomotiva (s), mas a capacidade de interrupção é distribuída em todos os carros no trem.
31415 Nick Nickeev
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Para um corpo de elevação substancial o suficiente para criar um efeito perceptível, eu pensaria que o descarrilamento poderia ser um problema.
HDE 226868
1
Observe que as "velocidades típicas dos trens" variam enormemente de trem, via e carga. Curvas inclinadas exigem velocidades muito reduzidas para evitar, por exemplo, derramar 20 mil galões de herbicida em uma grande via navegável . Acho que quantificar essas "velocidades típicas" é a primeira ordem de negócios, pois pode responder à sua pergunta imediatamente.
Air
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Além disso, vários trens de passageiros modernos são várias unidades elétricas , nas quais as rodas motrizes estão espalhadas por todo o trem. Mesmo com trens de passageiros, uma carroceria de elevação costuma ser uma coisa ruim.
cpast
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Como você moldaria um trem para fornecer sustentação? A área voltada para a frente é pequena e a largura disponível para winglets é pequena.
Jon of All Trades

Respostas:

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Não direi que não é possível fazer uma diferença perceptível. Mas eu diria que é bastante improvável.

As forças de elevação e arrasto em qualquer corpo geralmente dependem da velocidade do corpo ( ), da densidade do fluido ( ), da área do objeto ( ) e de um coeficiente adimensional ( ou ). A área aplicável pode ser um pouco confusa em termos de se você está falando de área frontal ou área de forma planificada, mas para um trem, essa será basicamente a área do avião normal à direção da viagem (considerando que a maioria das vagões de trem são simplesmente na esteira da locomotiva). Os coeficientes podem variar um pouco com a velocidade devido à turbulência, mas geralmente estarão entre 0 e 2. A forma funcional é:ρ A C G C DvρACLCD

FL=1/2ρACLv2

Estimativa grosseira de um trem de carga com altura e largura, movendo-se a ( ). Isso nos dá que o elevador será de cerca de para todo o trem (não o suficiente para levantar um automóvel comum). Este cálculo não pretende ser extremamente preciso, mas mesmo com um fator de dez, o levantamento seria mínimo em comparação com o peso total do veículo.164m5716m/s2500 N57kph2500N

Dado isso, você pode considerar o mérito de adicionar elementos aerodinâmicos adicionais. Aqui você entra em uma troca entre gerar elevação (para reduzir a força descendente nas rodas) e gerar resistência. Enquanto as taxas de elevação / arrasto podem ficar altas (~ 50 em bons casos), a resistência ao rolamento das rodas do trem é realmente muito baixa ( ). Portanto, embora o elevador reduza as perdas devido ao atrito, aumentará as perdas devido ao arrasto mais.Crr0.00035

Portanto, reduzir o arrasto é bom, mas fornecer sustentação provavelmente não vale a pena. De fato, reduzir o arrasto com o custo de adicionar um pouco de peso pode ser benéfico porque as rodas são muito boas para suportar essa carga com eficiência.

NB Consultei a Wikipedia e a caixa de ferramentas de engenharia para obter dados . Não pude verificar as fontes das rodas da ferrovia, mas pude confirmar que os valores dos pneus rodoviários estavam corretos por meio de "Fundamentos da dinâmica dos veículos", de Gillespie. Qualquer idéia sobre verificação será bem-vinda.Crr

Dan
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É bom ver a superfície básica da equação de arrasto. Uma fórmula mais útil em todos os tipos de área, apesar de sua simplicidade. Adicione outro fator de V e você terá perda total de energia devido ao arrasto. Aqui = ~ 40 kW (2kN x 16 m / s). Isso sugere que, diferentemente dos veículos a motor pequenos (de trem) onde ele predomina, aqui o vento é um fator de perda menor para um trem. MAS tirar peso (mg) das rodas é como você observa que vai subir por carro. A interferência entre vários vagões em série adjacentes torna isso "muito, muito, muito difícil". ...
Russell McMahon
.... Observar as cargas das asas das aeronaves sugere que, mesmo que o ar limpo pudesse ser fornecido, os túneis seriam interessantes na aparência :-).
Russell McMahon
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O que pode ser uma revelação interessante para você (foi para mim quando a derivamos há muito tempo) ou pode ser mais óbvio do que para mim. | Para uma seção transversal retangular (para facilitar a vida) A e treina a velocidade V, pegue o volume de ar que o trem varre em um segundo (A x V). Acelere a massa envolvida (A x V x Rho) de 0 a V no tempo disponível para tirá-la do caminho dos trens. Calcule a energia necessária para fazer isso. Longe (pensei). A compressibilidade e o coeficiente de arrasto e todos os números mágicos complicam isso, mas o resultado básico é gratificante.
Russell McMahon
Apenas uma observação rápida, mesmo que seu valor de 0,00035 esteja correto, os trens têm centenas, senão milhares de rodas. Eu acho que o carro típico tem 8 rodas e pode haver mais de 100 carros por trem. Para frete, o número de rodas por carro pode ser ainda maior. Portanto, o incentivo para reduzir o atrito de rolamento para aumentar a eficiência do cruzeiro ainda existe. Mas tenho que concordar com a sua análise: a força de elevação, do corpo ou das asas, não é viável para um trem. Posso postar minha própria resposta para adicionar a isso.
DrZ214
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Você não deseja diminuir a força descendente nas rodas, porque esse é seu principal meio de desacelerar em caso de emergência . Já leva um tempo para parar um trem, não o faça mais. Lembre-se de que o atrito cinético (rodas travadas) é proporcional à força descendente da roda e os freios são espalhados ao longo de cada carro.

As rodas do trem têm flanges, para que não precisem de tração para dirigir. Os carros também não precisam de tração nos trilhos, já que as rodas motrizes estão apenas nos motores.

Eles não precisam de tracção, as rodas são ligeiramente cónica, com o raio na parte exterior que é maior do que o interior e que estão ambos acoplados ao eixo. Dessa forma, quando o trem está descentralizado ou, por sua vez, a roda externa possui um raio efetivo maior, retornando-o ao centro da pista.

catraca arrepiante
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