Apakah desain "mengangkat tubuh" berguna untuk mobil kereta?

Mengangkat Tubuh

Ide desain bodi pengangkat adalah membentuk tubuh kendaraan sedemikian rupa sehingga menghasilkan daya angkat tanpa sayap. Penelitian telah menunjukkan bahwa ini bisa menjadi metode yang efisien untuk mengurangi hambatan sambil tetap memberikan daya angkat.

Ini biasanya dilakukan untuk pesawat atau pesawat ruang angkasa:

mengangkat tubuh

Bisakah pendekatan serupa membantu membuat kereta lebih efisien?

Kereta penumpang sudah terlihat ramping dan aerodinamis:

TGV

Kereta barang tidak:

kereta barang

Hambatan udara bukan satu-satunya bentuk perlawanan yang harus diatasi kereta. Mereka juga harus mengatasi hambatan roda mereka di lintasan. Di sinilah saya akan berpikir bahwa penghematan energi dari desain tubuh angkat akan berasal. Setiap pengangkatan tambahan yang dibuat oleh desain bak pengangkat akan mengurangi gesekan antara roda dan rel, sehingga menghemat energi.

Roda kereta api memiliki flensa pada mereka, sehingga mereka tidak perlu traksi untuk mengarahkan. Mobil-mobil juga tidak perlu traksi di rel karena roda penggerak hanya pada mesin.

Mungkinkah benda pengangkat menciptakan daya angkat yang cukup pada kecepatan kereta biasa untuk membuat perbedaan yang nyata?

aerospace-engineering rail

— hazzey
sumber

Anda masih perlu gesekan agar bisa istirahat. Sejauh yang saya tahu, daya dorong "terkonsentrasi" di lokomotif (s), tetapi kemampuan melanggar didistribusikan di semua mobil di kereta.

— Nick Alexeev

Untuk benda pengangkat yang cukup besar untuk menciptakan efek yang nyata, saya akan berpikir bahwa penggelinciran bisa menjadi masalah.

— HDE 226868

Perhatikan bahwa "kecepatan kereta biasa" sangat bervariasi menurut kereta, lintasan, dan kargo. Kurva miring memerlukan kecepatan yang sangat berkurang untuk mencegah, misalnya, menumpahkan 20 ribu galon herbisida ke saluran air utama . Saya pikir menghitung "kecepatan tipikal" itu adalah urutan pertama bisnis karena dapat menjawab pertanyaan Anda langsung.

— Air

Juga, sejumlah kereta penumpang modern adalah beberapa unit listrik , di mana roda penggerak tersebar di seluruh kereta. Bahkan dengan kereta penumpang, mengangkat tubuh seringkali merupakan hal yang buruk.

— cpast

Bagaimana cara Anda membentuk kereta untuk memberikan tumpangan? Daerah menghadap ke depan kecil, dan lebar yang tersedia untuk sayap kecil.

— Jon of All Trades

Jawaban:

Saya tidak akan mengatakan itu tidak mungkin untuk membuat perbedaan yang nyata. Tapi saya akan mengatakan bahwa itu sangat tidak mungkin.

Gaya angkat dan seret pada benda apa pun umumnya bergantung pada kecepatan benda ( ), densitas fluida ( ), luas objek ( ), dan koefisien tanpa dimensi ( atau ). Area yang berlaku bisa sedikit kabur dalam hal apakah Anda berbicara tentang area frontal atau area bentuk rencana, tetapi untuk kereta api ini pada dasarnya akan menjadi area di pesawat normal ke arah perjalanan (mengingat bahwa sebagian besar mobil kereta hanya di belakang lokomotif). Koefisien dapat bervariasi sedikit dengan kecepatan karena turbulensi, tetapi umumnya akan antara 0 dan 2. Bentuk fungsionalnya adalah: $v$ $\rho$ $A$ $C_L$ $C_D$

F_{L} = 1 / 2 ρ A C_{L} v^{2}

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

Perkiraan kereta barang dengan kasar adalah tinggi dan lebar, bergerak pada ( ). Ini memberi kita bahwa lift akan sekitar untuk seluruh kereta (tidak cukup untuk mengangkat mobil biasa). Perhitungan ini tidak dimaksudkan untuk menjadi sangat tepat, tetapi meskipun dimatikan dengan faktor sepuluh, daya angkat akan minimal dibandingkan dengan berat keseluruhan kendaraan. $4\, m$ $16 \, m/s$ $57 \, kph$ $2500 N$

Karena itu, Anda mungkin mempertimbangkan manfaat menambahkan elemen aerodinamis tambahan. Di sini Anda masuk ke tradeoff antara menghasilkan lift (untuk mengurangi kekuatan ke bawah pada roda) dan menghasilkan hambatan. Sementara rasio lift-ke-drag bisa menjadi tinggi (~ 50 dalam kasus yang baik), tahanan roda kereta sebenarnya sangat rendah ( ). Jadi meskipun lift akan mengurangi kerugian karena gesekan, itu akan meningkatkan kerugian karena menyeret lebih banyak. $C_{rr} \sim 0.00035$

Jadi, mengurangi drag itu baik tetapi memberikan lift mungkin tidak sepadan. Kenyataannya, mengurangi hambatan pada biaya penambahan bobot dapat bermanfaat karena roda sangat baik dalam menahan beban secara efisien.

NB Saya berkonsultasi dengan Wikipedia dan kotak peralatan teknik untuk data . Saya tidak dapat memverifikasi sumber untuk roda kereta api, tetapi dapat mengkonfirmasi bahwa nilai untuk ban jalan benar melalui "Fundamentals of Vehicle Dynamics" oleh Gillespie. Gagasan tentang verifikasi akan diterima. $C_{rr}$

— Dan
sumber

Bagus untuk melihat permukaan persamaan drag dasar. Formula yang paling berguna di segala bidang meskipun sederhana. Tambahkan faktor V lainnya dan Anda mendapatkan kehilangan daya total karena hambatan. Di sini = ~ 40 kW (2kN x 16 m / s). Itu menunjukkan bahwa tidak seperti kendaraan bermotor kecil (wrt train) di mana ia mendominasi, di sini angin adalah faktor kerugian kecil untuk kereta api. TETAPI menurunkan berat badan (mg) dari roda adalah seperti yang Anda perhatikan akan naik lift per kereta. Gangguan di antara banyak gerobak bersebelahan secara bersambung membuat ini "sangat sangat sangat sulit". ....

— Russell McMahon

.... Melihat pemuatan sayap pesawat menunjukkan bahwa bahkan jika udara jernih dapat disediakan, terowongan akan menarik dalam penampilan :-).

— Russell McMahon

Apa yang mungkin merupakan wahyu yang menarik bagi Anda (bagi saya ketika saya mendapatkannya sejak lama) atau mungkin lebih jelas daripada bagi saya. | Untuk penampang persegi panjang (untuk memudahkan hidup) A dan melatih kecepatan V, ambil volume udara yang disapu kereta dalam satu detik (A x V). Mempercepat massa yang terlibat (A x V x Rho) dari 0 hingga V dalam waktu yang tersedia untuk mengeluarkannya dari jalur kereta. Hitung daya yang diperlukan untuk melakukan ini. Jauh (saya pikir). Kompresibilitas dan koefisien seret dan semua angka ajaib mempersulit ini tetapi hasil dasarnya memuaskan.

— Russell McMahon

Hanya catatan singkat, bahkan jika angka 0,00035 Anda benar, kereta memiliki ratusan bahkan ribuan roda. Saya pikir mobil khas memiliki 8 roda, dan bisa ada lebih dari 100 mobil per kereta. Untuk pengangkutan, jumlah roda per mobil mungkin lebih besar. Jadi insentif untuk mengurangi gesekan bergulir untuk meningkatkan efisiensi pelayaran masih ada. Tapi saya harus setuju dengan analisis Anda: gaya angkat, baik dari tubuh atau sayap, tidak layak untuk kereta. Saya dapat memposting jawaban saya sendiri untuk ditambahkan ke ini.

— DrZ214

Anda tidak ingin mengurangi kekuatan ke bawah pada roda karena itu adalah cara utama Anda untuk memperlambat dalam keadaan darurat . Sudah butuh beberapa saat untuk menghentikan kereta, jangan membuatnya lagi. Ingat bahwa gesekan kinetik (roda terkunci) sebanding dengan gaya ke bawah pada roda dan rem menyebar ke setiap mobil.

Roda kereta api memiliki flensa pada mereka, sehingga mereka tidak perlu traksi untuk mengarahkan. Mobil-mobil juga tidak perlu traksi di rel karena roda penggerak hanya pada mesin.

Mereka memang membutuhkan traksi, roda sedikit kerucut dengan jari-jari di bagian luar lebih besar daripada bagian dalam dan keduanya digabungkan ke gandar. Dengan cara ini ketika kereta berada di luar pusat atau pada gilirannya roda luar memiliki radius efektif yang lebih besar sehingga akan mengembalikannya ke tengah lintasan.

— aneh ratchet
sumber