Por que alguns trens de alta velocidade têm narizes longos, enquanto outros não?

Por que alguns trens de alta velocidade, como o Shinkansen E5 e E6, têm realmente narizes longos enquanto outros trens, como o Eurostar e o Javelin, têm narizes mais curtos?

Como a forma do nariz afeta o trem?

Tudo depende do nível de eficiência que você procura.

Um trem, dado seu tamanho, tem uma seção transversal ridiculamente pequena. Essa pequena área frontal está sendo "empurrada" pela inércia de centenas de toneladas de metal.

Todos os trens de alta velocidade têm narizes aerodinâmicos, mas alguns tendem a ser pedantes sobre quantos milésimos de um por cento de eficiência eles podem extrair de um perfil aerodinâmico.

Há um par de outros fatores que entram em jogo com o desenho do nariz e que é o pulso de pressão que é gerado quando um trem passa por outro objeto, geralmente outro trem indo na direção oposta ou um túnel. É por isso que os passageiros são aconselhados a ficar longe da borda da plataforma, à medida que os trens passam rapidamente, não é que você seja surpreendido, mas pode ser sugado em direção ao trem pela baixa pressão.

Dois trens de alta velocidade que passam uns pelos outros podem gerar uma enorme quantidade de sucção entre eles no nariz, por causa das baixas pressões existentes, então ter um nariz mais longo ajuda a espalhar isso um pouco e reduzir a área de pressão mínima. Se não, os trens poderiam ser puxados um para o outro, ou alguma instabilidade configurada pelo pulso rápido de pressão lateral. O nariz da Série E5, a 15 metros, é um enorme 9 metros mais longo que a encarnação anterior do trem-bala (Shinkansen), a Série E2. Isso, de acordo com os projetistas da JR East, ajudará a eliminar os fenômenos do "boom de túneis".

Os túneis ferroviários do Japão são um pouco mais estreitos que os europeus, então quando o Shinkansen entra em um túnel a velocidades acima de 200 quilômetros por hora, o aumento repentino na pressão do ar pode causar um "boom" alto na outra extremidade do túnel. Em alguns casos, acredita-se que essas ondas de choque tenham danificado túneis no Japão, arrancando pedaços de material dos tetos do túnel.

A forma do carro da frente evoluiu gradualmente para combater este perigo, e o impressionante design "Long Nose" da Série E5 é o resultado.

Referência 1 , 2

Em altas velocidades, o impacto das forças aerodinâmicas precisa ser incluído na análise. Lembre-se da fórmula para aerodinâmica

$$ F_a = 1/2 \ rho v ^ 2 C_d A $$

Onde $ \ rho, v, C_d, A $ são a densidade do ar, a velocidade do veículo, o coeficiente de arrasto e a área de contato com o ar. O coeficiente de arrasto tem outros componentes. O efeito viscoso tem um impacto nas forças aerodinâmicas.