EA003535B1

EA003535B1 - Высокоскоростной транспортный модуль

Info

Publication number: EA003535B1
Application number: EA200200737A
Authority: EA
Inventors: Анатолий Эдуардович Юницкий
Original assignee: Анатолий Эдуардович Юницкий; Терёхин, Дмитрий Владимирович
Priority date: 2001-08-03
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2003-06-26
Also published as: EA200200737A2; EA200200737A3; RU2201368C1

Abstract

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к построению транспортных средств с высокими аэродинамическими характеристиками, и может быть использовано в высокоскоростных транспортных системах. Высокоскоростной транспортный модуль содержит кузов обтекаемой формы с плавно сопряженными между собой сферообразной передней, каплеобразной средней, имеющей уплощенную нижнюю поверхность, и конусообразной задней частями, при этом задняя конусообразная часть кузова выполнена с образующей знакопеременной кривизны, а на верхней поверхности кузова выполнено два симметричных продольных участка с отрицательной кривизной, сопряженных с боковыми и верхней поверхностями кузова. Для снижения коэффициента аэродинамического сопротивления и повышения динамической устойчивости предлагаются определенные соотношения размеров элементов кузова и формы их выполнения. Предложенный транспортный модуль позволяет при повышенной динамической устойчивости улучшить энергетические показатели транспортной системы.

Description

Известно техническое решение, направленное на улучшение аэродинамики транспортных средств за счет выполнения их кузова, по форме максимально приближенного к форме тела вращения (В.-Г. Хуго. Аэродинамика автомобиля, Москва, Машиностроение, 1987, стр. 32).

Однако в известном техническом решении выполнение требований к улучшению аэродинамики кузова вступает в противоречия с требованиями по его внутренней компоновке, что, в итоге, не позволяет реализовать оптимальное использование внутреннего объема кузова.

Известно также использование кузовов транспортных средств, в которых реализованы рекомендации по оптимизации аэродинамических характеристик за счет приближения их формы к форме тела вращения с одновременным учетом стилистических и эргонометрических требований, предъявляемых к ним именно как к транспортным средствам (В.-Г. Хуго. Аэродинамика автомобиля, Москва, Машиностроение, 1987, стр. 42).

Однако, хотя пути решения задачи известны, реальные условия эксплуатации, когда транспортное средство расположено в непосредственной близости от дорожного полотна, не позволяют добиться минимальных значений коэффициента аэродинамического сопротивления.

Наиболее близким к изобретению является используемый в струнной транспортной системе Юницкого высокоскоростной транспортный модуль, содержащий кузов обтекаемой формы с плавно сопряженными между собой сферообразной передней, каплеобразной средней, имеющей уплощенную нижнюю поверхность, и конусообразной задней частями (Журнал Эврика № 3, 1998, стр. 53-55). В нижней части кузова транспортного модуля размещены колеса, установленные в два ряда. Движение транспортного модуля обеспечивают установленные в кузове привод с системой управления.

При значениях скоростей свыше 300 км/ч в любой транспортной системе одной из основных становится задача по снижению коэффициента аэродинамического сопротивления транспортного модуля, т.к. сопротивление воздуха в суммарном сопротивлении движению составляет более 90%. Соответственно мощность привода транспортного средства и его экономичность на 90% и более определяются именно аэродинамическими характеристиками кузова модуля. Кроме того, при движении транспортного модуля с высокими значениями скоростей воздействие различных внешних факторов вызывает необходимость стабилизации положения транспортного модуля по всей траектории его движения.

Форма кузова известного транспортного модуля не может обеспечить получения минимально возможного значения коэффициента аэродинамического сопротивления. Это объясняется тем, что при решении в нем задачи по оптимальному обтеканию воздухом передней части кузова из-за необходимости соблюдения требований, предъявляемых к габаритной длине транспортного модуля, на задней части его кузова неизбежно происходит отрыв воздушного потока, вызванный невозможностью устранения скачков давления. Кроме того, в известном техническом решении не решена проблема оптимизации выбора площади фронтальной поверхности (миделя) кузова, который так же, как и коэффициент аэродинамического сопротивления, прямым образом влияет на сопротивление воздуха движению транспортного модуля. Указанные причины не позволяют оптимизировать показатели транспортного модуля с точки зрения энергетических характеристик. Отсутствие каких-либо средств для стабилизации положения транспортного модуля по траектории движения приводит его к зависимости от воздействия различных дестабилизирующих внешних причин.

В основу изобретения положена задача повышения энергетических показателей транспортного модуля за счет снижения потерь, определяемых его аэродинамическими характеристиками, и повышения стабильности его пространственного положения по траектории движения.

Решение поставленной задачи в высокоскоростном транспортном модуле, содержащем кузов обтекаемой формы с плавно сопряженными между собой сферообразной передней, каплеобразной средней, имеющей уплощенную нижнюю поверхность, и конусообразной задней частями, а также установленные в нижней части кузова в два ряда колеса, связанные с приводом, обеспечивается тем, что задняя конусообразная часть кузова в продольном направлении выполнена знакопеременной кривизны, а на верхней поверхности кузова симметрично выполнены два продольных участка с отрицательной кривизной поверхности, причем точки сопряжения этих участков с верхней поверхностью кузова находятся от продольной плоскости симметрии кузова на расстоянии, удовлетворяющем условию

где а - расстояние от точек сопряжения с верхней поверхностью кузова каждого из продольных участков отрицательной кривизны до продольной плоскости симметрии кузова, м;

Н - максимальная высота кузова в поперечном сечении, м, а точки сопряжения их с боковыми поверхностями кузова находятся от нижней поверхности кузова на расстоянии, удовлетворяющем условию

где Ъ - расстояние от точек сопряжения с боковой поверхностью кузова каждого из продольных участков поверхности отрицательной кривизны до нижней поверхности кузова, м.

Решение задачи достигается также тем, что оконечность задней части кузова выполнена в форме клина, ребро которого образует заднюю кромку кузова, расположенную в горизонтальной плоскости.

Решение задачи достигается также тем, что длина средней части кузова и расстояние между рядами колес удовлетворяют соотношению

где Ь₁ - длина средней части кузова между точками линии сопряжения поверхностей передней и задней частей кузова с уплощенной поверхностью средней части кузова, м;

Ь₂ - расстояние между рядами колес, м.

Решение задачи достигается также тем, что длины передней, средней и задней частей кузова удовлетворяют соотношениям

0,1 <-^<0,5

Ζ₄

0,2 <-^-<0,75

4-1 где Ь₃ - длина передней части кузова от крайней передней точки до точек линии сопряжения поверхности передней части с нижней уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м;

I ,.ι - длина задней части кузова от крайней задней точки до точек линии сопряжения поверхности задней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м.

Решение задачи достигается также тем, что точки линии сопряжения поверхностей разных знаков кривизны задней части кузова находятся от точек линии сопряжения поверхностей средней и задней частей кузова на расстоянии, удовлетворяющем условию

где Ь₅ - расстояние от точек линии сопряжения поверхностей разных знаков кривизны задней части кузова до точек линии сопряжения поверхностей средней и задней частей кузова, м.

Решение достигается также тем, что площадь максимального поперечного сечения средней части кузова и площадь максимального поперечного сечения задней части кузова удовлетворяют соотношению

где 8_задн - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м²;

8_сред._тах - площадь максимального поперечного сечения средней части кузова, м².

Решение достигается также тем, что сопряжение каплеобразной верхней и уплощенной нижней поверхностей средней части кузова выполнено согласно условию

О· ОД <-2-<0,9 Я, где Н₁ - максимальное удаление верхней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м;

Н2 - максимальное удаление нижней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м.

Выполнение задней (конусообразной) части кузова транспортного модуля знакопеременной кривизны позволяет оптимизировать обтекание кузова набегающим воздушным потоком. Наличие плавного перехода кривизны образующей задней части кузова от положительного значения к отрицательному, т.е. от выпуклой формы к вогнутой, как показали результаты аэродинамических испытаний, позволяет, практически, без увеличения габаритной длины задней части кузова - только за счет устранения скачков давления - значительно снизить его коэффициент аэродинамического сопротивления.

Выполнение на верхней поверхности кузова симметрично двух продольных участков с отрицательной кривизной поверхности, точки сопряжения которых с верхней поверхностью кузова находятся на расстоянии от продольной плоскости симметрии кузова, удовлетворяющем условию

0,05 < — <0,5, а точки сопряжения с боковыми поверхностями кузова находятся на расстоянии от нижней поверхности кузова, удовлетворяющем условию

позволяет (при соблюдении в центральной части поперечного сечения кузова, в зоне прохода пассажиров, эргонометрических требований по высоте салона, предъявляемых к пассажирским транспортным средствам) значительно уменьшить площадь фронтальной поверхности и соответственно аэродинамическое сопротивление движению транспортного модуля.

Уменьшение расстояния от точек сопряжения каждого из продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с верхней поверхностью кузова до продольной плоскости симметрии кузова за указанные пределы, т.е. уменьшение ширины образованного в верхней части кузова продольного «гребня», приводит к дискомфорту при перемещении пассажиров по проходу между кресел, а также к срыву воздушного потока и соответственно увеличению аэродинамического сопротивления на узком гребне, имеющем малые радиусы кривизны. В то же время увеличение этого расстояния за указанные пределы приводит к неоправданному понижению эффективности мероприятий, направленных на уменьшение площади фронтальной поверхности.

Уменьшение расстояния от точек сопряжения каждого из продольных участков отрицательной кривизны поверхности с боковой поверхностью кузова до нижней поверхности кузова за указанные пределы приводит к дискомфорту сидящих пассажиров, тогда как увеличение этого расстояния за указанные пределы приводит к неоправданному понижению эффективности мероприятий, направленных на уменьшение площади фронтальной поверхности.

Выполнение оконечности задней части кузова в виде клина с кромкой, лежащей в горизонтальной плоскости, позволяет обеспечить в ортогональной плоскости стабилизацию транспортного модуля по траектории движения.

Выбор длины средней части кузова и расстояния между рядами колес, исходя из условия Ь.

1<у-<10 позволяет, при оптимизированном, с точки зрения аэродинамических характеристик выполнении кузова транспортного модуля, обеспечивать его динамическую устойчивость на рельсовом пути при высокоскоростном движении.

При уменьшении отношения длины средней части кузова к расстоянию между рядами колес до значения, меньше указанного, возникают трудности по обеспечению необходимых, с точки зрения аэродинамических характеристик, обводов кузова. При этом соблюдение требований по оптимизации аэродинамических характеристик приводит к относительному удлинению передней и задней частей кузова, размер которых становится соизмеримым с длиной средней части, и, как следствие, к появлению динамической неустойчивости, что при боковых порывах ветра может привести к сходу модуля с рельсового пути. При увеличении значения этого отношения за указанные пределы кузов транспортного модуля вытягивается в длину, а форма средней части кузова приближается к цилиндрической, что приводит к увеличению площади боковой поверхности и соответственно к увеличению аэродинамического сопротивления.

Выбор размеров передней, средней и задней частей кузова транспортного модуля из условий

Ζ.

0,1 < у <0,5

Л

0,2 < у-<0,75 А позволяет, при размещении колес в корпусных нишах оптимизированного по форме транс портного модуля, обеспечить его динамическую устойчивость на рельсовом пути.

Уменьшение длины передней части кузова за границы, определяемые указанным соотношением, не позволяет оптимизировать выбор кривизны лобовой части с точки зрения уменьшения коэффициента аэродинамического сопротивления. Увеличение же длины за указанные границы приводит к понижению динамической устойчивости транспортного модуля из-за рыскания большой консоли передней части кузова.

Уменьшение длины задней части кузова за границы, определяемые указанным соотношением, не позволяет реализовать требования по получению плавного перехода от выпуклой поверхности к вогнутой, т.е. обеспечить отсутствие скачков давления на задней части кузова. Увеличение же длины задней части кузова за указанные границы приводит к понижению динамической устойчивости транспортного модуля из-за рыскания большой консоли задней части кузова.

Выбор положения точек линии изменения знака кривизны поверхности задней части кузова по отношению к точкам линии сопряжения поверхностей средней и задней части кузова, удовлетворяющий условию

определяется требованиями, предъявляемыми к задней части транспортного модуля с точки зрения получения оптимальных аэродинамических характеристик.

Уменьшение расстояния от точек линии изменения знака кривизны поверхности задней части кузова до точек линии сопряжения поверхностей средней и задней части кузова приведет к возможности срыва воздушного потока за счет появления большого градиента давления при переходе от средней к задней части кузова. Увеличение же этого расстояния за пределы, определяемые указанным соотношением, приведет к снижению динамической устойчивости транспортного модуля из-за рыскания большой консоли задней части кузова.

Выбор площади максимального поперечного сечения средней части кузова и площади максимального поперечного сечения задней части кузова в соответствии с отношением

определяется требованиями к получению необходимой кривизны поверхности средней части кузова для его плавного обтекания воздушным потоком. При наличии ограничений на габаритную длину кузова транспортного модуля указанное условие обеспечения кривизны поверхности средней части, как показали аэродинамические испытания, является наиболее оптималь

Ί ным с точки зрения снижения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Выбор площади максимального поперечного сечения задней части кузова меньше определяемого указанным выражением приводит к отрыву воздушного потока от кузова и соответственно к ухудшению его аэродинамических характеристик. В случае же выбора площади больше, чем в указанном выражении, ухудшается динамическая устойчивость транспортного модуля из-за рысканья большой консоли задней части кузова.

Выбор соотношения высот при сопряжении каплеобразной верхней и уплощенной нижней поверхностей средней части кузова из условия гу

0,1 <—^г- <0,9 Я, ’ позволяет, как показали аэродинамические испытания, при сохранении оптимизированных значений коэффициента аэродинамического сопротивления, реализовать требования к форме кузова, выдвигаемые с точки зрения эргономики и конкретного предназначения транспортного модуля.

В зависимости от степени кривизны образующих задней конусообразной части кузова задняя кромка может быть прямой, вогнутой или выпуклой формы.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1а, 1б представлен общий вид соответственно спереди и сзади высокоскоростного транспортного модуля;

на фиг. 2а, 2б, 2в - высокоскоростной транспортный модуль при среднем и крайних значениях отношений длины средней части кузова к расстоянию между рядами колес;

на фиг. 3а, 3б, 3в - высокоскоростной транспортный модуль при среднем и крайних значениях условий выполнения передней и задней частей кузова;

на фиг. 4а, 4б, 4в - высокоскоростной транспортный модуль при различных местах расположения линии, проходящей через точки изменения знака кривизны поверхности задней части кузова;

на фиг. 5а, 5б, 5в - высокоскоростной транспортный модуль при среднем и крайних значениях отношений площади максимального поперечного сечения задней части кузова к площади максимального поперечного сечения средней части кузова;

на фиг. 6а, 6б, 6в - высокоскоростной транспортный модуль при крайних и среднем значениях соотношений максимальных расстояний при сопряжении каплеобразной верхней и уплощенной нижней поверхности средней части кузова;

на фиг. 7а, 7б, 7в - максимальные поперечные сечения кузова высокоскоростного транспортного модуля при среднем расстоянии от точек сопряжения каждого из продольных участков отрицательной кривизны поверхности с боковой поверхностью кузова до нижней поверхности кузова и различными расстояниями от точек сопряжения продольных участков отрицательной кривизны с верхней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова;

на фиг. 8а, 8б, 8в - максимальные поперечные сечения кузова высокоскоростного транспортного модуля при среднем расстоянии от точек сопряжения каждого из продольных участков отрицательной кривизны поверхности с верхней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова и различными расстояниями от точек сопряжения продольных участков отрицательной кривизны поверхности с боковыми поверхностями кузова до нижней поверхности кузова.

Высокоскоростной транспортный модуль (фиг. 1) состоит из кузова 1 обтекаемой формы (фиг. 2а, 2б, 2в) с плавно сопряженными между собой сферообразной передней 2, каплеобразной средней 3 и конусообразной задней 4 частями. Нижняя поверхность 5 средней 3 части кузова выполнена уплощенной. Модуль установлен на путевой структуре 6. В нижней части кузова установлены два ряда колес 7, а в кузове размещены привод 8 с системой управления 9.

На верхней 10 поверхности кузова 1 выполнены симметрично два продольных участка 11 с отрицательной кривизной поверхности. Расстояние а от точек 12 сопряжения продольных участков 11 с верхней 10 поверхностью кузова 1 до вертикальной плоскости симметрии и расстояние Ь от точек 13 сопряжения продольных участков 11с боковой 14 поверхностью кузова 1 до нижней поверхности 5 кузова выбираются, исходя из требований по уменьшению площади фронтальной поверхности транспортного модуля при сохранении требований, предъявляемых к нему с точки зрения эргономики.

Длина Ь₁ средней 3 части кузова между точками линий сопряжения поверхностей передней 2 и задней 4 частей кузова с нижней поверхностью 5 средней 3 части кузова при выбранном расстоянии Ь₂ между рядами колес 7 определяется, исходя из получения необходимой динамической устойчивости транспортного модуля при выбранной форме кузова 1.

Длины Ь₃ передней 2 и Ь₄ задней 4 частей кузова 1 (фиг. 3 а, 3б, 3в) определяются, исходя из обеспечения динамической устойчивости транспортного модуля и оптимизации значения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Задняя 4 (конусообразная) часть кузова 1 выполнена в продольном направлении со знакопеременной кривизной (фиг. 4а, 4б, 4в). Переход от выпуклой формы поверхности к вогнутой осуществлен в точках 15 линии, положение ко торой определяется, исходя из требований по оптимизации обтекания кузова 1 набегающим воздушным потоком при различных режимах эксплуатации и конкретного конструктивного его выполнения.

Площадь (8_задн) максимального поперечного сечения А-А задней 4 части (фиг. 5а, 5б, 5в) кузова 1 по отношению к площади максимального поперечного сечения средней 3 части корпуса (8_сред._тах) определяет условия оптимального обтекания воздушными потоками кузова 1 модуля при соблюдении требований к динамической устойчивости.

Соотношение максимальных значений высот (удалений верхней и нижней точек кузова) Н₁ и Н₂, измеряемых от линии, проходящей через точки 16 и 16' с вертикальным положением касательных при сопряжении соответственно каплеобразной верхней 10 и уплощенной нижней 5 поверхностей средней части 3 кузова 1 (фиг. 6а, 6б, 6в), определяется из требований по минимизации фронтальной поверхности кузова и требований по оптимизации коэффициента аэродинамического сопротивления, а также с учетом специфических требований с точки зрения эргономики (в зависимости от конкретного предназначения транспортного модуля).

Задняя кромка 17 расположена в горизонтальной плоскости и может иметь прямую (фиг. 3а), выпуклую (фиг. 3б) или вогнутую (фиг. 3в) форму. В предельном случае величина радиуса кривизны поверхности задней 4 части кузова 1 в одной из плоскостей может приближаться к бесконечности (фиг. 2а, 3в), определяя максимальную ширину задней кромки 17.

На верхней поверхности задней 4 части кузова 1 за счет схождения симметрично расположенных продольных участков 11 отрицательной кривизны образована продольная кромка 18.

Описанная форма кузова транспортного модуля может быть использована и в случае выполнения его состоящим из двух и более кузовов.

Транспортный модуль описан в системе координат, когда он установлен на горизонтальной путевой структуре 6 (т.е. нижние поверхности колес модуля расположены в горизонтальной плоскости).

Движение транспортных модулей в транспортной системе со скоростями 300 км/ч и выше приводит к тому, что основополагающим фактором, оказывающим влияние на энергетические показатели транспортного модуля, становится его сопротивление набегающему воздушному потоку, величина которого пропорциональна квадрату скорости движения, площади фронтальной поверхности (миделю) и коэффициенту аэродинамического сопротивления.

При движении транспортного модуля набегающий воздушный поток равномерно, без отрывов, обтекает плавно сопряженные перед нюю 2 (сферообразную) и среднюю 3 (каплеобразную) части кузова 1 (фиг. 2а, 2б, 2в). При сходе воздушного потока с задней 4 (конусообразной) части кузова 1 за счет выполнения ее со знакопеременной кривизной обеспечивается плавное, без скачков, изменение давления. Это позволяет избежать отрывов воздушного потока от кузова 1 и соответственно улучшить коэффициент аэродинамического сопротивления транспортного модуля без неоправданного увеличения его габаритной длины.

Одновременно при выполнении оконечности задней 4 части кузова 1 в виде клинообразного профиля (фиг. 2а) сформированный на этом профиле воздушный поток, сходя с задней кромки 17, оказывает стабилизирующее воздействие на транспортный модуль в вертикальной плоскости по траектории движения.

Значительное влияние на уменьшение сопротивления воздуха движению транспортного модуля оказывают два симметричных продольных участка 11 с отрицательной кривизной поверхности, выполненные на верхней 10 поверхности кузова 1, и наличие на верхней поверхности задней части 4 корпуса 1 острой кромки 18 (фиг. 7а, 7б, 7в, 8а, 8б, 8в). Конкретное место расположения продольных участков 11 с отрицательной кривизной поверхности и их конкретное выполнение определяются решением задачи по уменьшению площади фронтальной поверхности кузова 1 с учетом эргонометрических требований по организации посадочных мест и прохода между ними.

Так, при выбранной высоте Н кузова 1, определяемой среднестатистическим значением роста человека, принятого для проектирования транспортных средств, предназначенных для перевозки пассажиров, наиболее оптимальным, с точки зрения реализации требований как по уменьшению площади фронтальной поверхности кузова, так и по обеспечению эргонометрических требований по организации посадочных мест и прохода между ними, является выбор положения точек сопряжения 12 продольных участков 11 с верхней 10 поверхностью кузова 1 и точек сопряжения 13 продольных участков 11 с боковой 14 поверхностью кузова 1, исходя из условий

0,05 <; — <0,5, н

Оптимальные значения и ^{0,3 и} // (фиг. 7б, 8б) позволяют, при обеспечении достаточной комфортности салона, реализовать значительное уменьшение площади фронтальной поверхности кузова транспортного модуля.

Выполнение кузова 1 транспортного моду.. — <0,05 и А <0,2 ζ, ля со значением отношений н н (фиг.

7а, 8а) приведет к дискомфорту находящихся в салоне пассажиров.

В случае выполнения кузова 1 транспортного модуля со значением отношений большим, я А — = 0,5 и — = 0,8 _ _{о х} чем я н (фиг. 7в, 8в), меры, предпринимаемые для понижения площади фронтальной поверхности кузова, становятся практически неэффективными.

Выбранная форма кузова 1 транспортного модуля, обеспечивающая высокие значения скоростей, выдвигает, в свою очередь, определенные требования по обеспечению его динамической устойчивости на путевой структуре 6.

Так, при выбранном расстоянии Ь₂ между рядами колес 7, связанными с рельсами путевой структуры 6, выбор длины Ь₁ средней 3 части кузова 1 между точками линий сопряжения поверхностей передней 2 и задней 4 частей кузова с нижней поверхностью 5 средней части кузова должен осуществляться из условия

Оптимальное значение отношения '-· ’ (фиг. 2а) позволяет при движении транспортного модуля достаточно просто обеспечить необходимое значение его динамической устойчивости при выбранной форме кузова 1.

При выполнении кузова 1 транспортного А<1 модуля со значением отношения А (фиг. 2б) возникают чисто конструктивные трудности по реализации формы кузова, обеспечивающей плавное обтекание его набегающим воздушным потоком с одновременным обеспечением динамической устойчивости, т.к. требования к оптимальному, с точки зрения коэффициента аэродинамического сопротивления, выполнению кузова приводит к удлинению передней 2 и задней 4 его частей и соответственно к понижению динамической устойчивости транспортного модуля.

В случае выполнения кузова 1 транспорт— >10 ного модуля со значением отношения А (фиг. 2в), с учетом ограничений на его поперечные размеры, при движении с большими скоростями значительную роль начинает играть трансформация средней 3 части кузова в ци линдр, что приводит к увеличению площади боковой поверхности и соответственно к увели чению аэродинамического сопротивления.

Большое влияние на коэффициент аэроди намического сопротивления транспортного мо дуля и соответственно на потери, возникающие при указанных скоростях движения, оказывают плавность сопряжения передней 2, средней 3 и задней 4 частей кузова и выступающие части конструкции, в частности колеса 7, связывающие кузов с путевой структурой 6.

Для решения задачи по плавному сопряжению сферообразной передней 2, каплеобразной средней 3 и конусообразной задней 4 частей корпуса 1, при уже реализованных, с точки зре ния оптимизации коэффициента аэродинамического сопротивления, требованиях к форме кузова, в корпусных нишах по краям средней 3 части которого установлены колеса 7, возникает необходимость в определенном выборе размеров Ь₃ и Ь₄ соответственно передней 2 и задней 4 частей кузова 1.

Так, расстояние Ь₃ (фиг. 3а, 3б, 3в) от крайней передней точки кузова 1 до точек линии сопряжения поверхности передней 2 части с нижней 5 уплощенной поверхностью средней 3 части кузова 1 и расстояние Ь₄ от крайней задней точки кузова до точек линии сопряжения поверхности задней 4 части с уплощенной нижней 5 поверхностью средней 3 части кузова 1 по отношению к длине Ь₁ средней 3 части должны выбираться соответственно из условий

0,1< — 50,5

А

0,2 5 — 5 0,75 А

Д Ь.

„ — = 0,3 и — = 0,4

Средние значения отношений А А (фиг. 3а) позволяют без особых трудностей обеспечить построение кузова 1 транспортного модуля с необходимыми аэродинамическими обводами.

При выполнении кузова 1 транспортного А. <0,1 модуля со значениями отношений А (фиг.

ίτ<0,2

3б) и А (фиг. 3в) возникают конструктивные сложности по обеспечению плавного сопряжения передней 2, задней 4 и средней 3 частей кузова 1, при условии соблюдения требований к его форме, с точки зрения оптимизации аэродинамических характеристик транспортного модуля. В случае выполнения кузова 1 транспортного модуля со значениями отношений А >0,5 /°,⁷⁵

А (фиг. 3в) и А (фиг. 3б) ухудшается динамическая устойчивость транспортного модуля из-за рыскания большой консоли передней 2 и задней 4 частей кузова 1.

При сходе воздушного потока с задней 4 части кузова 1 на аэродинамические характери стики транспортного модуля, при его движении с высокой скоростью, значительное влияние оказывает расстояние Ь₅ (фиг. 4а, 4б, 4в), на котором расположены точки 15 линии изменения знака кривизны огибающей конусообразной задней 4 части кузова 1 от точек линии сопряжения поверхностей средней 3 и задней 4 частей кузова. Так, при фиксированных габаритной длине транспортного модуля и соответственно размере Ь₁ средней 3 части кузова положение точек 15 на задней 4 части кузова, через кото рые проходит указанная линия, определяется условием

При среднем значении отношения ^£ι (фиг. 4а) достаточно просто реализовать требования по обеспечению плавного схода воздушного потока с задней 4 части кузова 1 и разумного выбора длины самой задней 4 части, влияющей на динамическую устойчивость транспортного модуля.

При выполнении кузова 1 транспортного

Ь. < 0,05 модуля со значениями соотношений А (фиг. 4б) становится реальным срыв воздушного потока при переходе от средней 3 части кузова 1 к его задней 4 части.

В случае выполнения кузова 1 транспорт— > 0,5 ного модуля со значениями отношений А (фиг. 4в), при соблюдении требований к форме задней 4 части, с точки зрения оптимизации аэродинамических характеристик, ухудшается динамическая устойчивость транспортного модуля из-за рысканья большой консоли задней 4 части кузова.

Большое значение на аэродинамические характеристики транспортного модуля при его высокоскоростном движении оказывает величина кривизны верхней каплеобразной 10 поверхности средней 3 части кузова 1 (фиг. 5а, 5б, 5в).

Наиболее оптимальным для получения высоких аэродинамических характеристик, соответствующих каплеобразному профилю, при наличии ограничений на габаритную длину транспортного модуля является условие, когда

При выполнении кузова 1 со значением С ***' =0,5 отношения (фиг. 5 а) удается достаточ но просто получить оптимальное значение коэффициента аэродинамического сопротивления, учитывая ограничения на габаритную длину транспортного модуля.

В случае выбора значения отношения _£^_>0,75 (фиг. 5б) для обеспечения плавного схода воздушного потока возникает необходимость в удлинении задней 4 части кузова 1, что понижает динамическую устойчивость транспортного модуля из-за рысканья большой консоли задней 4 части кузова.

При выполнении кузова 1 транспортного ^-<0,2 модуля с отношением (фиг. 5в) возни кают причины для отрыва воздушного потока.

В зависимости от конкретного предназначения и областей использования высокоскоростной транспортный модуль может иметь раз личное соотношение максимального удаления Н₁ верхней части кузова 1 и соответствующего ей удаления Н₂ нижней части от линии, проходящей через точки 16 и 16' кузова с вертикальным положением касательной (фиг. 6а, 6б, 6 в).

С учетом предъявляемых требований указанное отношение определяется условием и

0,1 <^-<0,9 Я,

Одним из оптимальных условий для выполнения кузова 1 транспортного модуля, предназначенного для пассажирских перевозок, ^ = 0,5 представляется отношение (фиг. 6а).

При этом условии достаточно легко реализуются требования, предъявляемые к транспортному модулю с точки зрения эргономики и получения оптимального значения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Выполнение транспортного модуля с отношением У ⁰⁴ (фиг. 66) представляется нецелесообразным из-за значительного отклонения от формы кузова, обладающей наименьшим коэффициентом аэродинамического сопротивления.

^>0,9

Выбор значений отношения ^н< (фиг.

6в) затрудняет размещение колес 7 в корпусных нишах, что также отрицательно сказывается на аэродинамических характеристиках транспортного модуля при его движении.

Использование изобретения в транспортных системах позволит значительно снизить влияние дестабилизирующих факторов и улучшить аэродинамические характеристики высокоскоростного транспортного модуля. В итоге, это повысит энергетические и соответственно экономические показатели транспортной системы.

Claims

1. Высокоскоростной транспортный модуль, содержащий кузов обтекаемой формы с плавно сопряженными между собой сферообразной передней, каплеобразной средней, имеющей уплощенную нижнюю поверхность, и конусообразной задней частями, а также установленные в нижней части кузова в два ряда колеса, связанные с приводом, отличающийся тем, что задняя конусообразная часть кузова в продольном направлении выполнена знакопеременной кривизны, а на верхней поверхности кузова симметрично выполнены два продольных участка с отрицательной кривизной поверхности, причем точки сопряжения этих участков с верхней поверхностью кузова находятся от продольной плоскости симметрии кузова на расстоянии, удовлетворяющем условию

0,05 < — < 0,5

Н где а - расстояние от точек сопряжения с верхней поверхностью кузова каждого из продольных участков отрицательной кривизны до вертикальной плоскости симметрии кузова, м;

0,2 < — <0,8

Н где Ь - расстояние от точек сопряжения с боковой поверхностью кузова каждого из продольных участков отрицательной кривизны до нижней поверхности кузова, м.

2. Транспортный модуль по п.1, отличающийся тем, что оконечность задней части кузова выполнена в форме клина, ребро которого образует заднюю кромку кузова, расположенную в горизонтальной плоскости.

3. Транспортный модуль по любому из пп.1, 2, отличающийся тем, что длина средней части кузова и расстояние между рядами колес удовлетворяют соотношению

1<^-<10 где Ь₁ - длина средней части кузова между точками линий сопряжения передней и задней частей с нижней уплощенной поверхностью средней части кузова, м;

Ь₂ - расстояние между рядами колес, м.

4. Транспортный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что длины передней, средней и задней частей кузова удовлетворяют соотношениям

0,1 < ^-<0,5 ^ι

0,2 < — <0,75 Ζ где Ь₃ - длина передней части кузова от крайней передней точки до точек линии сопряжения передней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м;

Ь₄ - длина задней части кузова от крайней задней точки кузова до точек линии сопряжения задней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м.

5. Транспортный модуль по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что точки линии сопряжения поверхностей разных знаков кривизны задней части кузова находятся от точек линии сопряжения поверхностей средней и задней частей кузова на расстоянии, удовлетворяющем условию

0,05 < ^- < 0,5

-^1 где Ь₅ - расстояние от точек линии сопряжения поверхностей разных знаков кривизны задней части кузова до точек линии сопряжения средней и задней частей кузова, м.

6. Транспортный модуль по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что площадь максимального поперечного сечения средней части кузова и площадь максимального поперечного сечения задней части кузова удовлетворяют со отношению где 8_задн - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м²;

8_ср.тах - площадь максимального поперечного сечения средней части кузова, м².

7. Транспортный модуль по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что сопряжение каплеобразной верхней и уплощенной нижней по верхностей средней части кузова выполнено согласно условию

Я₂

0,1 <-77-<0,9 где Н₁ - максимальное удаление верхней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м;

Н₂ - максимальное удаление нижней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м.