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
mass_lynnxy 作者
17年0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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mass_lynnxy作者
17年0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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mass_lynnxy作者
17年0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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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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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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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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