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

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:

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

Os trens de passageiros já parecem aerodinâmicos e aerodinâmicos:

Os trens de carga não:

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?

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

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

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.$C_{rr} \sim 0.00035$

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.$C_{rr}$

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.