Dlaczego (niektóre) pociągi dużych prędkości mają zakrzywione (wypukłe) ściany?

Porównując przekrój nowoczesnych szybkich pociągów ze starymi wagonami kolejowymi, które miały proste ściany i były ograniczone do prędkości około 200 km / h, zauważam, że większość z nich ma zakrzywione ściany zewnętrzne. Szerokość kabiny zmniejsza się wraz z wysokością (i wysokościami zajmowanymi przez pasażerów), co oczywiście zmniejsza przestrzeń i komfort wewnątrz kabiny. Moje pytanie brzmi: jakie są z tego główne korzyści? Myślę o:

1. niższy przekrój pociągu, tj. zmniejszony opór aerodynamiczny.

2. dolny środek ciężkości. Nie jest to złe przy silnych wiatrach bocznych!

3. niższy moment bezwładności dla toczenia się wokół osi wzdłużnej między kołami w celu jazdy z dużymi zakrętami koryta.

Jakie są więc główne zalety zakrzywionych ścian zewnętrznych? Czy okrągły kształt jest najlepszy?

Wszystkie trzy wymienione elementy są poprawne. I to, co powiedział Solar Mike, jest również poprawne. Oto lista innych pozycji.

1- dzięki zaawansowanemu projektowi mogą łatwiej budować idealne kształty niż w dawnych czasach, gdy pudełko było domyślną strukturą dla pociągów i samochodów.

2-cylindryczne kształty idealnie nadają się do skręcania podłużnego spowodowanego wibracjami spowodowanymi zawieszeniem i turbulencjami wywołanymi przez sam pociąg. Również cały samochód działa jak zintegrowana rura konstrukcyjna i jest z natury silniejszy. Podczas gdy stare wagony kolejowe łatwo się wypaczały i rozpadały.

3 - oszczędność materiału, dla tej samej objętości cylinder ma mniejszą powierzchnię.

4 - sprawność strukturalna, okrągłe powierzchnie dzielą i przenoszą naprężenia znacznie lepiej niż prostokątne, które koncentrują naprężenia na rogach i grzechotce i ulegają zniszczeniu zmęczeniowemu.

5- wiatry poprzeczne i burzowe podmuchy łatwiej omijają okrągłe przekroje.

Stara konstrukcja powozu opierała się na 4 powierzchniach, co oznaczało ograniczenie prędkości. Wraz ze wzrostem prędkości dochodzi do czterokrotnego wzrostu naprężeń konstrukcyjnych. Tak jak wczesne tunele budowano o prostokątnych przekrojach, tylko dzięki wynalazkowi mojego pradziadka tunele stały się cylindrycznymi rurami pod Londynem. Być może wynikało to z sugestii Alfreda Ely'ego Beacha z 1840 r., Że przekrój kołowy byłby bardziej wydajny. Aby uzyskać więcej informacji, zobacz James Henry Greathead. Wczesna konstrukcja płatowca była oparta na pudełku, ale teraz jest eliptyczna.

Prostokątna konstrukcja ma 4 rogi, które muszą wytrzymać połączone naprężenia przenoszone przez 2 współbieżne powierzchnie w celu zachowania integralności strukturalnej. Ta wada jest eliminowana przez eliptyczne kształty i usuwa potencjalne słabe i ciężkie punkty zębnika.

Centroidy pociągów są przyjmowane osiowo na całej długości, a ze względu na lekkie materiały w wagonie, CoG jest zwykle od spodu wagonu. Usunięte punkty cebuli umożliwiają zwiększenie prędkości dzięki lepszemu zarządzaniu naprężeniami strukturalnymi w tkaninie pociągu.$\frac {1}{3}$

Kluczową kwestią jest również wyeliminowanie możliwości zahartowania przez odkształcenie, a tym samym zwiększenie bezpieczeństwa mechanicznego zastosowanych materiałów.