由火车提速想到的
mass_lynnxy2007/07/25极客DIY IP:广西

最近几年,我国的火车老在提速,但是由于重量和摩擦的原因,到目前已经达到一个接近极限的水平,而且对西部等地区由于弯道,地基,轨道承重等因素,速度还是不可能提到一个理想水平。

火车要提速,有很多方法可以想,新型轻质材料,流线型结构,增加动力车组,改进推动方式等等,有一个问题就是货物的重量始终是没有办法减低的,而且高速运行还有很大的风阻问题。

问题就在这个风阻上,如果加以利用,就可以把风阻变为动力,这样就可以增加载重量或者进一步提高速度。有一个想法就是在每一节机车底部增加一组可调节角度的风翼,不需要达到飞机那么大的升力,只需要提供一部分升力托起一部分重量,并保证机车有足够的摩擦力继续前进。

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~~空空如也
安琪儿
16年11个月前 IP:未同步
20731
火车的动力主要靠车轮和铁轨之间的摩擦前进,如果摩擦系数越小则提速越困难的;
加了翼后,如果让和铁轨的摩擦力小了,火车在高速下脱轨的可能越大了;
可以看赛车告诉都是用尾翼向下压的力,使和地面的摩擦加大,而不是飘起来;
毕竟不是和飞机喷汽的概念一样的
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mass_lynnxy作者
16年11个月前 IP:未同步
20732

赛车下压是因为赛车可以做轻,而且它没有大量的 货物。

火车提速有限主要在于阻力大,一个事风阻,另一个就是货物的重压下过度的摩擦力。

火车这个风翼不需要让火车飘起来,只需要保持基本的摩擦力就足够了。

而且风翼的角度可调的。可以实时控制。

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安琪儿
16年11个月前 IP:未同步
20733
那样就不如直接用磁悬浮了;
即使不用磁悬浮,我国的快车基本达到300不成问题,关键是有没有必要;铁路运营是以最大效率为基础的不是最快;美国德国这些国家的火车也不是全那么快;
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mass_lynnxy作者
16年11个月前 IP:未同步
20734

磁悬浮存在成本和维护的问题,高铁就是要高速,为什么没有必要?

主要原因还是现在的机车调度不够,各地区速度有差异,各型号列车速度有差异,速度协调上还不好。装风翼用空气托起一部分重量,为的就是增加效率而不是单纯的为提速。

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安琪儿
16年11个月前 IP:未同步
20735
告诉的有飞机呢,火车只要做到晚发晨归;白发白归等就可以了;200公里的时速24小时就是4800公里,我国国土差不多到边了吧,基本不用在快了,再快就冲击了飞机公司了
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mass_lynnxy作者
16年11个月前 IP:未同步
20736

楼上的计算有点问题需要探讨一下,

1、火车大部分都不是直达,特别是长途,沿途会停一些必要的站点,我们所说的速度都是直线稳定运行的速度,不是全程平均速度。而且还不能是弯道上的速度。弯道和过站必定减速。同时火车走的也不是直线。

2、飞机的速度是多少?200~300公里/小时只是起飞速度。可以举个例子,南宁飞哈尔滨大约是4小时,而火车呢?按照离车时刻表需要在北京转车一次,南宁到北京大约28小时,北京到哈尔滨大约12小时,北京到哈尔滨和谐号动车组也要8小时。平均速度几乎是10倍的差距。怎么冲击飞机?再说飞机本来就是高成本运输,载量小,一般运输是不会考虑的。

装风翼也是有要求的,不是一直都支撑起来,需要一个实时控制。

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候鸟
16年9个月前 IP:未同步
20737

多此一举,这是一个常识错误!楼主知道什么叫能量守恒定律吗?

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HMX
16年9个月前 IP:未同步
20738

减轻轴重肯定可以降低滚动摩擦阻力,而火车的动力摩擦只需要机车具备就行了,车皮是越轻越好。不过加那么一点点风翼,产生的升力与车厢上百吨的自重相比,未免太少了一点吧。

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mass_lynnxy作者
16年9个月前 IP:未同步
20739

我这样举几个例子来说明一下这个想法,

1、原始人类,还不知道轮子的使用,只能把物品抱着或者驼着移动,重一点的只能拖着走;

2、还是原始人类,进步了一点。重的物品会放在一块平板上,或者类似于撬的载物上搬运,以有雪原和沙漠地区较为典型;

3、历史再向前发展,人们发现圆的东西可以进一步减小阻力(摩擦阻力),于是在物品或平板下面垫上圆木;

4、陆地上的运输始终有限,太重的东西是没有办法远距离运输的,住在水边的人们发现水上对大重量的物品运输可以进一步增大运输量和运输效率,但是由于动力结构落后,速度相比陆地运输要慢很多。

5、热空气升腾是人们制造出热气球的良好启迪,但是没有方向控制的热气球在自然风的影响下飞行简直就是噩梦;

6、向往鸟儿的思潮促进了飞上天的实践,这促进了滑翔机的产生,但是飞行器大多局限于载人,对大量的货物运输还心由于而力不足;

7、蒸汽机和内燃机等近现代动力单元对运输注入了新的能量,大大提高了运输的容量、效率和速度;

8、螺旋桨和喷气式发动机为飞机注入了新的动力;同时由于飞机的启发,气垫船出现了,以气体作为摩擦接触体,进一步减小了摩擦损耗,同时避免了水的阻力。为高速地面运输工具提供了良好的导向。

9、电磁学和材料学科的进一步发展,磁悬浮出现了,如果不考虑能耗问题,磁悬浮是目前最理想的运输方式之一;

可以看到,运输需要解决的问题就是稳定、安全和快速。在这其中很重要的一个问题就是要减小摩擦损耗。运输的发展史就是减小摩擦的过程。最开始是物体直接接触地面摩擦;然后有了增强接触面的光滑程度;然后是由滑动摩擦变滚动摩擦;滚动也不行,改用液体(水)作为运输中介;水阻力大,又改用空气。总之就是降低损耗。

在高速运动下,即使是一点点的结构不合理也会造成整体设计的失败。飞翼汽车其实早就有设想,相比之下汽车的小飞翼也并不大。即使是飞机,它的机翼有效面积相比机身平面截面也不会达到1:5甚至1:10的比例。特别是超音速飞机,正常飞行所需要的机翼面积进一步减小,甚至可以做到1:1或者更小。火车不需要飞起来,当然就更不需要这么大的面积。

本设想仅仅是对火车的运行状态进行局部调整,以达到最简单的办法获得最好的效果收益。对火车增加的机翼由于现有铁路的建造成型和隧道等因素影响,增加在顶部和侧面都不是很好的做法,会对列车的安全运行造成一定影响,所以采用在底部增加机翼的方法。即使是可以提供10%货物重量的升力,对列车运行的摩擦力也会减小10%。这个贡献也是非常大的。对摩擦损耗的减小直接造成的就是车头动力的效率提高。至于能量守恒肯定是守恒的,综合考虑升力对动力的消耗和摩擦减少对动力的贡献,应该是值得的。

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mass_lynnxy作者
16年9个月前 IP:未同步
20740
以下是引用候鸟在2007-10-19 12:42:03的发言:

多此一举,这是一个常识错误!楼主知道什么叫能量守恒定律吗?

能量守恒只是一个理想的状态的评估标准,在具体的工程实践中,考虑能量的守恒不单单是能量守恒。

工程解决问题的宗旨是付出收效比的提高!增加10%的能耗,提高20%的输出就是良好的工程。反之亦然。

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候鸟
16年9个月前 IP:未同步
20741

“所以采用在底部增加机翼的方法。即使是可以提供10%货物重量的升力,对列车运行的摩擦力也会减小10%。这个贡献也是非常大的。”

对于上面这话怎么可能是同样的数呢!除非是发动机额外做功,(如果说额外做功这一问题就没有意义)

利用风阻减轻10%的重量,以那火车底部增加的机翼的面积和角度发动机要额外作出多少功才能达到!还有做到这样的升力火车的速度要达多少?

再说,,加机翼火车前进增加的阻力转换成了向上的托力,换句话说向上的托力所减轻的重量是火车前进的阻力转换来的,这不是典型的拆东墙补西墙么,这一阻力最终还是要发动机来克服!如果说发动机不额外作功,那火车速度就慢下来了!对于这一问题火车增加10%的风阻能耗所转换成的向上的托起力而减轻的摩擦力只会比这10%的风阻小得多!

9楼说的很对!

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edison
16年9个月前 IP:未同步
20742
飞机能耗最高,如果不看时间长短的话,是最不经济的运输工具。为了获得一点点升力,需要花费大得多的动力,机翼产生升力的效率太低了。而且为了高速,还必须克服大得多的摩擦阻力、涡流阻力等各种阻力。
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mass_lynnxy作者
16年8个月前 IP:未同步
20743

飞机能耗高也有它的市场,不是任何东西都要做到完美。

一个想法而已,大家不要一上来就一棒子打死嘛,

有好想法互相探讨一下。

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浴血前锋
16年7个月前 IP:未同步
20744

装风翼只能增加外形上的风阻损耗!

单纯的火车提速很容易,不用任何改动。但附带的一系列问题使这成为妄谈,第一个就是道路状况不允许。

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mass_lynnxy作者
16年6个月前 IP:未同步
20745
现在的京沪高铁就是设计时速350km/h,初期运行速度300km/h。。
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traint721
16年4个月前 IP:未同步
20746

什么都别说了,等中国自己能造高速列车再说吧

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五毒散
16年3个月前 IP:未同步
20747

我也不支持加翼的设想.

现有条件下,要再提速的话,还有一个方法就是减少每列火车的车厢数量,但这又会减少每列火车的运力;或者为每列火车增加机车数量.

这两种方法,虽然提高了运行速度,但运完相同多的货物,机车耗能却不会减少,只会增加.

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缅怀陈雪同志
16年2个月前 IP:未同步
31428
高铁是可以跑到五百的,但是路要跟上,滚动摩擦力是重量的5%左右,不大,单纯提高速度很容易,电动机功率够大,过去内燃机的机车有内燃机、发电机、电动机三部分,内燃机体积最大,现在只有电动机,如果把机车装满的话功率是相当大的,但是没有必要做那么大,做那么大也没用,不安全。磁悬浮是一个不成熟的技术,强大的磁辐射会对人产生不好的影响,对沿途的居民不利,动迁这些居民需要的钱可能就够修高铁的了。
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