Züge - können Tragflächen die Reibung verringern?

Züge benötigen Energie, um die Reibung an der Schnittstelle zwischen Rad und Schiene bei konstanter Fahrt mit hoher Geschwindigkeit zu überwinden.

Tragflügel auf dem Dach könnten für Auftrieb sorgen, die Reibung verringern und möglicherweise Kraftstoff sparen. Würde die Energieeinsparung ausreichen, um den durch die "Flügel" verursachten erhöhten Luftwiderstand zu überwinden?

Antworten (2)

Die Reibung, die Züge überwinden müssen, ist fast nur Luftwiderstand, kein Rollwiderstand. Das Rollen eines Stahlrads auf einer ebenso harten Oberfläche (dh den Schienen) ist äußerst effizient.

Das Hinzufügen von Flügeln zum Zug würde den Luftwiderstand nur erhöhen, insbesondere wenn die Flügel Auftrieb erzeugen (was hier nachzuschlagen ist, heißt "induzierter Luftwiderstand" ).

Übrigens, auch bei Autos und Fahrrädern übersteigt der Luftwiderstand den Rollwiderstand bei allen außer den langsamsten Geschwindigkeiten erheblich.

Exakt. Vergleichen Sie dies mit Booten, die „Tragflügel“ unter Wasser verwenden, um den Rumpf aus dem Wasser zu heben, wodurch der durch Wasser verursachte Luftwiderstand drastisch reduziert wird.

TLDR: Ich bin kein Ingenieur, aber ich denke, das wäre schädlich.

Der Zug muss an den Kontaktstellen eigentlich keine Reibung überwinden. Tatsächlich ist es die Reibung, die es den Rädern ermöglicht, zu rollen. Wenn es nicht genug Reibung gibt, beginnt das Rad zu rutschen und DIES würde eine massive Energieverschwendung verursachen. Tatsächlich bestimmt die Menge an Reibung, wie viel Drehmoment und Beschleunigung Sie anwenden können, ohne zu rutschen. Aus diesem Grund bestehen Autoräder aus einem Material, das einen guten "Grip" auf der Straße hat (Reibungsmaximierung).

Tatsächlich werden die Verluste an der Schnittstelle Rad/Schiene als Rollwiderstand bezeichnet und stammen hauptsächlich von nicht elastischen Verformungen. Der Mechanismus ist anders, aber das Ergebnis ist ähnlich; Ingenieure definieren einen Rollwiderstand F proportional zur Normalkraft (Gewicht der Züge, P ), ähnlich der Gleitreibung:

F = C P
Aus Wikipedia eine vernünftige und pessimistische Größenordnung für C wäre C ≈ 10 − 3 .

Schauen wir uns nun die Aktion Ihrer Tragflächen an. Sie erzeugen eine Auftriebskraft L und ziehen D . Der Auftrieb reduziert das effektive Gewicht in der Rollwiderstandsgleichung um P − L , während der Drag nur der Bösewicht deiner Geschichte ist. Um unsere Schlussfolgerung sicher zu machen, nehmen wir ein unglaublich optimistisches Auftriebs-/Widerstandsverhältnis L / D = 20 (super "effiziente" Tragflächen).

Der neue Rollwiderstand kann wie folgt berechnet werden:

F N e w = C ( P − L ) = C P − 20 C D ≈ F N Ö R M A l − 0,02 D
Daher sehen wir mit dieser schnellen und schmutzigen (und optimistischen) Schätzung, dass die Verringerung des Rollwiderstands nur etwa 2 % der eingeführten Widerstandskraft beträgt. Ihre Tragflächen werden also schädlich sein. Dies erwähnt nicht die Tatsache, dass Sie tatsächlich die Radreibung reduzieren, was nachteilig ist, wie wir festgestellt haben (Reduzierung des maximalen Drehmoments, das Sie vor dem Rutschen aufbringen können).

Ich muss betonen, dass ich kein Ingenieur bin und nicht garantieren kann, dass meine Antwort einem guten Gedankengang folgt. Dies sind nur einige gesunde Menschenverstand und schnelle Schätzungen, die darauf hinzuweisen scheinen, dass der eingeführte Luftwiderstand die Reduzierung des Rollwiderstands massiv überschatten wird.

Wenn es nicht genug Reibung gibt, um das Rollen aufrechtzuerhalten, gibt es sicherlich auch nicht viel "Gleit" -Reibung, also bin ich mit diesem Punkt nicht einverstanden.
Einverstanden. Ich bin mir nicht sicher, auf welchen Punkt Sie sich beziehen.
@CarlWitthoft bezieht sich auf den "Energieverlust" aufgrund von Schlupf.
Oh, verstanden, aber eine Rutschsituation läuft im Grunde darauf hinaus, die Räder umsonst zu drehen (da der Zug nicht vorwärts fährt, wenn er rutscht), mit zumindest einem gewissen Energieverlust. Daher bin ich der Meinung, dass ein Durchrutschen des Rades reine Energieverschwendung ist und das Rad im Grunde ohne Ergebnis auf der Schiene schleift. Darüber hinaus ist es nicht gerade ein Kinderspiel, wenn man darüber nachdenkt, die Drehung eines Räderwerks mit voller Geschwindigkeit zu stoppen. Die Reibung kann also tatsächlich beträchtlich sein, während das Rad dennoch rutschen kann. Aber ich will nicht zu sehr aus der Spur geraten, das ist ein bisschen weit weg vom Kern der Frage
Züge - können Tragflächen die Reibung verringern?
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