ES2781399B2 - Sistema de estabilización aerodinámica en trenes de alta y muy alta velocidad - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de estabilización aerodinámica en trenes de alta y muy alta velocidad
Sector de la técnica
La presente invención pertenece al sector de la ingeniería ferroviaria, más concretamente a la aerodinámica de los trenes de alta y muy alta velocidad.
La presente invención se refiere a un sistema de estabilización que se dispone en la parte superior de todos los vagones de un tren de alta o muy alta velocidad y aprovecha la velocidad relativa del aire con el vehículo para generar una fuerza aerodinámica horizontal que compense la fuerza centrífuga en curvas, otorgando así al vehículo de una mayor estabilidad a la vez que se desgasta menos la vía, reduciendo drásticamente los costes de mantenimiento y permitiendo a este tipo de transporte interurbano alcanzar mayores velocidades de tránsito. Este sistema resulta ser un sistema aplicable y eficiente en todas las configuraciones de trenes de alta velocidad actuales (convencionales, basculares y pendulares).
Antecedentes de la invención
Se denomina insuficiencia de peralte a aquella situación en la que se encuentra un ferrocarril al tomar una vía curva a una velocidad más elevada que aquella para la cual está diseñado el peralte. La insuficiencia de peralte produce efectos negativos en la comodidad de los pasajeros, ejerce esfuerzos adicionales en la vía y en el vehículo, lo que conlleva a desgastes excesivos en ruedas y raíles, riesgos de descarrilamiento, incomodidad de los pasajeros a bordo y mayor ruido, además de un incremento en los costes de mantenimiento. La aparición de todos estos efectos impone una limitación en la velocidad máxima para la cual un determinado tren puede tomar cada curva, dependiendo del peso y de la altura del centro de masas del vagón más susceptible a estos efectos de entre todos de los que se compone. Lidiar con estos factores de limitación de velocidad en curva, es decir, con la insuficiencia de peralte, supone mejorar la velocidad de tránsito de los vehículos que las recorren y reducir los costes en mantenimiento por desgastes, resultando así un medio de transporte más rápido y eficiente.
Históricamente puede mencionarse la aparición de la tecnología de basculación (Italia, 1969) y la tecnología de pendulación (España, 1970s) que inclinan los vagones hacia el lado interno de la curva con diferentes mecanismos para reducir la incomodidad de los pasajeros bajo insuficiencia de peralte. Estas tecnologías supusieron un aumento sin precedentes del uso del ferrocarril como medio de transporte interurbano, llegando a multiplicar el número de viajeros al año en un factor 10 en tan sólo una década.
Desde el punto de vista de la aerodinámica, han surgido en los últimos años ideas y bocetos de ciertos dispositivos para variar el comportamiento de los trenes de alta velocidad en marcha, como por ejemplo alerones para generar una fuerza vertical ascendente y reducir los esfuerzos verticales sobre la vía -números de publicación de patente CN102897176(A). CN104442859(A), CN101857031(A) ó CN1660669(A)-, alerones que además generan una gran resistencia aerodinámica como ayuda durante las operaciones de frenado -CN202175052(1)) ó CN202175053(1))- y alerones destinados a generar una fuerza vertical descendente que aumente la adherencia entre la rueda y la vía -CN105416308(A)-. Sin embargo, ninguna de estas innovaciones ha resultado ser lo suficientemente efectiva como para incorporarse al mercado comercial de la industria. Todos estos dispositivos, además, se basan en perfiles asimétricos cuyos perfiles aerodinámicos están contenidos en el plano vertical, como las alas de una aeronave, con el fin de generar una fuerza aerodinámica vertical
para obtener una variación en el peso y adherencia de los vehículos, mientras que la presente invención introduce una superficie de sustentación simétrica cuyos perfiles aerodinámicos están contenidos en el plano horizontal, para generar una fuerza aerodinámica resultante horizontal con la intención de lidiar con la insuficiencia de peralte. Los dispositivos previos no pretenden, como sí lo hace la presente invención, compensar los esfuerzos horizontales y el desequilibrio en la distribución de cargas verticales que se derivan del exceso de fuerza centrífuga en situaciones de insuficiencia de peralte.
Existe un caso en el que se utiliza el mismo principio físico que la presente invención aplicado a automóviles (Aerodynamics control system for automotive vehicle, Hideo Ito, número de patente 5,090,766, USA, año 1992), pero con una aplicación industrial totalmente diferente, ya que al no existir raíles de guiado en carretera el dispositivo no puede lidiar con los desgastes ni con la insuficiencia de peralte como tal, y tan sólo actúa sobre la adherencia al asfalto, y al estar colocado en la parte trasera del vehículo tiene la funcionalidad de añadir un movimiento de guiñada, como el estabilizador vertical en las aeronaves, por lo que su aplicación industrial es totalmente diferente. Esta invención hace uso de perfiles de un tamaño muy reducido que transmiten su fuerza a través de un eje de giro, en lugar del sistema de transmisión cargas de la presente invención, que lo hace a través de una plataforma discoidal rotatoria. Por otra parte, la velocidad en carreteras depende de muchos factores y el vehículo no dispone de la información de peralte aguas arriba, por lo que es una tecnología de muy difícil aplicación. Después de 27 años desde su publicación, queda patente que tampoco ha resultado ser de aplicación en el mercado comercial. Sin embargo, la presente invención no pretende dar un ángulo de guiñada al vehículo, sino lidiar con el exceso de fuerza centrífuga en situaciones de insuficiencia de peralte que evita la fabricación de trenes más rápidos y seguros, al tiempo que reduce los desgastes y por tanto los costes de mantenimiento.
El estado de la técnica actual no contempla ningún dispositivo o tecnología que aproveche la velocidad relativa del aire con el vehículo para compensar el exceso de fuerza centrífuga en trenes de alta o muy alta velocidad en situaciones de insuficiencia de peralte, para con ello reducir o incluso eliminar los efectos negativos sobre velocidad, seguridad y desgaste.
Explicación de la invención
El sistema de estabilización aerodinámica objeto de la invención consiste en una estructura aerodinámica motorizada que se coloca en la parte superior de los vagones de un tren de alta o muy alta velocidad con el fin de aprovechar la velocidad relativa del aire con el vehículo para generar una fuerza horizontal y perpendicular al sentido de la marcha que compense los efectos del exceso de la fuerza centrífuga generada durante las vías curvas en situaciones de insuficiencia de peralte, lo que estabiliza al vehículo y le permite alcanzar mayores velocidades, reduciendo los desgastes sobre la vía y las ruedas, y aumentando los márgenes de seguridad ante el descarrilamiento por trepada de pestaña, por rotura de vía y por volcado.
El sistema de estabilización aerodinámica objeto de la invención se compone de tres elementos principales: una estructura principal o cuerpo principal, un anillo exterior de transmisión de cargas anclado al techo del vagón (que se denominará de ahora en adelante, anillo exterior), y una unidad motora de rotación que se encarga de dotar de giro relativo al cuerpo principal respecto al anillo exterior. La parte inferior del cuerpo principal es plana y de contorno circular, se acopla al anillo exterior y tiene dos principales objetivos: primero, permitir un giro completo de todo el conjunto respecto al anillo exterior de una forma muy precisa; y segundo, transmitir al resto del vagón las fuertes cargas soportadas por la estructura en un área amplia, evitando puntos de concentración de tensiones y esfuerzos. La sección superior del cuerpo principal se dispone como una superficie aerodinámica de sustentación de perfil simétrico, y está integrada
a la parte inferior formando un único sólido. La parte superior se diseña con el objetivo de generar las fuerzas aerodinámicas deseadas y de soportar estructuralmente la fuerte demanda de cargas aplicadas.
La fuerza de compensación producida por la superficie aerodinámica del cuerpo principal objeto de la invención se produce al dotar al cuerpo principal de un ángulo respecto al flujo de aire incidente distinto de cero. Este ángulo, llamado en el campo de la aerodinámica como ángulo de ataque (a), viene determinado por la unidad motora de rotación, que se sitúa en un nivel por debajo el techo del tren para evitar interferencias aerodinámicas y controla en todo momento la posición del cuerpo principal. En vías curvas de transición (aquellas en las que el radio de curvatura es variable), esta unidad motora de rotación gira el conjunto gradualmente en función del peralte, haciendo apuntar siempre el borde delantero de la sección aerodinámica -también llamado borde de ataque- hacia el lado interno de la curva, y el borde trasero -o borde de salida- hacia el lado externo, generando así una asimetría en el campo de presiones que rodea a la estructura. Esta asimetría produce una fuerza aerodinámica resultante horizontal proporcional al ángulo de ataque (a) dispuesto, comúnmente llamada fuerza de sustentación (L) en el campo de la aerodinámica, que contrarresta el exceso de fuerza centrífuga que sufre el vehículo en situaciones de insuficiencia de peralte.
Con la aparición de esta fuerza de compensación se reducen total o parcialmente los esfuerzos transversales sufridos por la vía externa (Y) en situaciones de insuficiencia de peralte, y, gracias al momento que ésta produce, se equilibra también la distribución de cargas verticales (Q) sobre los raíles, reduciendo así la diferencia (AQ) generada por el momento que provoca la fuerza centrífuga, que de ser muy elevado puede llegar a hacer volcar al vehículo. Esta compensación de la fuerza centrífuga con una fuerza aerodinámica hace al vehículo más estable durante la toma de curvas, disminuye en gran medida los desgastes de las ruedas y vías, y aumenta los márgenes de seguridad frente al descarrilamiento (al reducir Y/Q), permitiendo al tren alcanzar mayores velocidades y reducir sus tiempos de viaje.
Esta tecnología se presenta como no contaminante y muy económica energéticamente.
Sobre cada vagón del tren de alta velocidad se disponen uno o varios sistemas de estabilización aerodinámica objeto de la presente invención, equidistantes entre sí para minimizar las perturbaciones percibidas sobre cada uno debidas a la turbulencia del flujo producida por el anterior. Sus respectivas unidades motoras de rotación se encuentran todos conectadas y automatizadas por el sistema de ATP (Automatic Train Protection) del tren, que, gracias a que dispone en memoria virtual el recorrido de vía que el vehículo se dispone a recorrer, proporciona una correcta sincronización y control en todo momento de la disposición angular (a) de todos los dispositivos en función del vagón en el que se encuentren y de su entrada o salida instantánea a curvas de transición.
Las dimensiones de cada sistema objeto de la invención (altura y longitud de la superficie aerodinámica del cuerpo principal, el perfil de la misma y radio del anillo exterior) pueden variar en función del modelo y de la configuración del tren en el que se aplican (convencional, basculante o pendular), del peso del vagón sobre el que se dispone y de la fuerza aerodinámica (L) que se desea generar. Debido a que la fuerza centrífuga aplicada sobre el vehículo en curva es dependiente del peso propio de cada vagón, los sistemas de estabilización colocados en las cabezas tractoras del tren, debido a la mayor masa que éstas arrastran, deben ser proporcionalmente mayores que el resto y/o estar dotados de dispositivos de hipersustentación adicionales ya conocidos por el estado de la técnica actual, como slats, flaps ranurados, membranas de vibración o rodillos de borde de ataque.
Las ventajas principales de esta invención se resumen como sigue:
• Mayor seguridad ante descarrilamiento por desplazamiento lateral de vía (por reducción de Y).
• Mayor seguridad ante descarrilamiento por trepada de pestaña (por reducción de Y/Q).
• Mayor estabilidad del vehículo en curva, aumentando la seguridad ante descarrilamiento por vuelco o descarga de rueda (por reducción de Y/Q y AQ).
• Reducción importante en los desgastes de las ruedas y las vías (por reducción de Y), y por tanto menores costes de mantenimiento.
• Mayor velocidad máxima posible en curvas circulares y de transición.
• Tecnología limpia y ecológica, y muy económica energéticamente.
• Momento torsor activo en el ángulo de inclinación de la caja en trenes convencionales y basculares, ayudando al giro y permitiendo una tecnología de basculación más económica que un sistema neumático bajo el vagón.
En resumidas cuentas, trenes más rápidos, más baratos y más seguros.
El sistema de estabilización aerodinámica objeto de la invención comprende un cuerpo principal consistente en una estructura con una sección aerodinámica vertical que se enfrenta al flujo incidente, una unidad motora de rotación que define el ángulo de ataque deseado para el cuerpo principal, y un anillo exterior fijo al vagón donde se apoya la parte inferior del cuerpo principal. A continuación se detallan estos elementos.
El cuerpo principal de la invención consiste en una estructura aerodinámica que rota, gracias a la unidad motora de rotación, respecto a un eje vertical. A pesar de ser el cuerpo principal un único sólido, tiene dos partes bien diferenciadas: una parte inferior plana y de contorno circular, y una parte superior que se dispone a modo de superficie aerodinámica de perfil simétrico. La parte inferior está formada por un anillo interior de transmisión de cargas (de ahora en adelante, anillo interior) que se apoya concéntricamente y rota respecto al anillo exterior, y de un entramado de vigas transversales y larguerillos longitudinales que lo rigidizan y permiten una efectiva transmisión de fuerzas. Este entramado puede sustituirse por un entramado de material compuesto o una matriz de fibra de alta rigidez. La sección superior del cuerpo principal consiste en una serie de mamparos transversales (sujetados fuertemente a las vigas transversales del entramado de la parte inferior), una serie de costillas de chapa dispuestas en el plano horizontal, y un revestimiento de chapa que envuelve al conjunto allí donde hay contacto con el aire exterior. Los contornos de estas costillas dibujan perfiles aerodinámicos simétricos, lo que le da forma a la superficie aerodinámica mencionada anteriormente, caracterizada por disponer de un borde de ataque romo y un borde de salida afilado, dispuestos de tal modo que los centros aerodinámicos resultantes de sus secciones horizontales coinciden con el eje de giro sobre el que gira el cuerpo principal. Las superficies laterales generadas por el revestimiento exterior actúan como superficies de extradós e intradós de una superficie de sustentación aerodinámica, similar a un segmento de ala de una aeronave pequeña dispuesta en posición vertical. El acabado superficial exterior está pulido y preparado para minimizar la resistencia con el aire a altas velocidades. Para prevenir turbulencias y torbellinos en el flujo, el revestimiento dispone de dos curvaturas suaves que
evitan el ángulo recto: una en la juntura del revestimiento de la sección inferior del cuerpo principal con la sección aerodinámica vertical, y otra en la juntura de la tapa superior con las superficies laterales del cuerpo principal. La generación de la fuerza aerodinámica se produce en este revestimiento, y se transmite por su interior a través de las costillas, los mamparos y, verticalmente y en sentido descendente, al enrejado de vigas y larguerillos horizontales, para acabar en el anillo interior, en el anillo exterior, y por último en el resto de la estructura del vagón.
Otro elemento de la presente invención es la unidad motora de rotación que, situado por debajo del nivel del techo del vagón y enganchado tangencialmente a la parte inferior del cuerpo principal, hace rotar a la estructura principal respecto al eje vertical que pasa por su centro. La unidad motora de rotación hace rotar a todo el conjunto de manera lineal a medida que el peralte varía de forma lineal (en curvas de transición), y lo mantiene en un ángulo de ataque constante si el peralte no varía (distinto de cero durante las curvas circulares, a = constante; e igual a cero en las vías rectas, a = 0°). Al ser los perfiles horizontales de la sección aerodinámica simétricos respecto a su cuerda, el coeficiente de cabeceo de la sección aerodinámica cm es nulo, y, al estar todos sus centros aerodinámicos alineados con el eje central de giro del cuerpo principal, la fuerza aerodinámica neta se aplica sobre este eje, lo que no genera un momento que deba ser soportado por la unidad motora de rotación.
Otro elemento de la presente invención es el anillo exterior de transmisión de cargas, concéntrico al anillo interior de la estructura principal y de algo mayor tamaño, y se encuentra fijado a la estructura del vagón. Este elemento transmite las cargas que genera el cuerpo principal al resto del vehículo, a la vez que le da soporte y libertad de giro respecto a su eje central de rotación.
En una realización preferente el cuerpo principal constituye un único elemento rígido que rota respecto al eje vertical mediante la unidad motora de rotación. Ésta es la realización más sencilla.
En otra realización preferente el cuerpo principal está dividido en dos elementos: un cuerpo proximal que contiene el anillo interior y su entramado de vigas y larguerillos, los mamparos transversales, las costillas internas y el revestimiento exterior; y un cuerpo distal que contiene la cola de la sección aerodinámica y su borde de salida a modo de flap de control. Tanto la parte proximal del cuerpo distal como la parte distal del cuerpo proximal deben permitir un correcto acoplamiento y giro relativo entre ambos cuerpos en torno al eje vertical, con el fin de permitir la rotación y variar así las curvaturas de intradós y extradós de toda la superficie aerodinámica y aumentar el coeficiente de sustentación cL de los perfiles, proporcionando una mayor fuerza aerodinámica resultante (L). Este giro relativo entre el cuerpo proximal y el distal puede ser controlado por un motor actuador de flap o bien mediante un sistema de engranajes y cadenas de transmisión que conecten el giro absoluto del cuerpo principal respecto al vagón con el giro relativo del cuerpo proximal con el distal, manteniendo así un solo grado de libertad y reduciendo los costes derivados de la adquisición, instalación y mantenimiento de un motor secundario.
También se contempla otra realización preferente en la que el cuerpo principal se compone de tres elementos: un cuerpo proximal que contiene el anillo interior de transmisión de cargas y su entramado de vigas y larguerillos, los mamparos transversales, las costillas internas y el revestimiento exterior; un cuerpo central; y un cuerpo distal que contiene el borde de salida. En este caso, la parte distal del cuerpo proximal y la parte proximal del cuerpo central se acoplan de tal modo que permitan una rotación relativa respecto al eje vertical, que puede ser controlada por un motor de control o por un sistema de engranajes semejante al descrito más
arriba. De la misma manera, la parte distal del cuerpo central y la parte proximal del cuerpo distal se acoplan para permitir una rotación relativa respecto al eje vertical, controlada por un segundo motor de control o por otro sistema de engrane conectado al anterior. En esta realización preferente el cuerpo principal puede adoptar posiciones que proporcionan un contorno de perfil aerodinámico aún más suavizado y que generan un mayor rendimiento.
En otra realización preferente, el entramado de vigas y larguerillos de la sección inferior del cuerpo principal se reemplaza por un entramado de material compuesto o fibra de alta rigidez persiguiendo los mismos fines de transmisión de cargas.
El cuerpo proximal, central y/o distal pueden también subdividirse a su vez en secciones con el fin de proporcionar mayor suavidad en la curvatura del perfil, desglosando así el cuerpo principal en un mayor número de elementos.
Breve descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de un único elemento.
Figura 2.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de un único elemento, y se ha realizado un corte en el revestimiento del cuerpo principal para que puedan apreciarse los componentes internos de los que éste último se compone.
Figura 3.- Muestra el ángulo de ataque del cuerpo principal (a) en función del flujo incidente en vía recta (a) y en vía curva hacia la derecha (b), para una realización preferente en la que el cuerpo principal consta de un único elemento.
Figura 4.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de dos elementos.
Figura 5.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de dos elementos, y se ha realizado un corte en el revestimiento del cuerpo principal para que puedan apreciarse los componentes internos de los que éste último se compone.
Figura 6.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de tres elementos.
Figura 7.- Muestra una vista externa con una posible realización del dispositivo de acuerdo con la presente invención, en la que el cuerpo principal consta de tres elementos, y se ha realizado un corte en el revestimiento del cuerpo principal para que puedan apreciarse los componentes internos de los que éste último se compone.
Figura 8.- Muestra el ángulo de ataque del cuerpo principal (a) respecto al flujo incidente en una vía curva hacia la derecha, el ángulo relativo entre el cuerpo proximal y el central (3), y el
relativo entre el central y el distal (a), para una realización preferente en la que el cuerpo principal consta de tres elementos.
Figura 9.- Muestra un boceto que representa una vista aérea de un ferrocarril tomando una curva hacia la derecha haciendo uso de la tecnología de estabilización aerodinámica objeto de la invención. La cabeza tractora y el segundo vagón se encuentran dentro de una curva de transición, por lo que el ángulo de ataque (a) de los cuerpos principales de los sistemas estabilizadores primero y segundo es distinto de cero, mientras que el tercer vagón sigue en vía recta, por lo que el cuerpo principal de su sistema estabilizador se mantiene aún paralelo al eje longitudinal del tren.
A continuación, se muestra una lista de los distintos elementos representados en las figuras que integran la invención:
1= Cuerpo principal
2= Cuerpo proximal
3= Unidad motora de rotación
4= Anillo exterior de transmisión de cargas
5= Borde de ataque
6= Borde de salida
7= Curvatura de chapa suavizada
8= Eje central de rotación del cuerpo principal
9= Revestimiento
10= Curvatura de chapa suavizada
11= Costillas internas
12= Anillo interior de transmisión de cargas
13= Entramado de vigas transversales y larguerillos
14= Mamparos transversales
15= Cuerpo distal
16= Eje de rotación del cuerpo distal respecto al central
17= Cuerpo central
18 = Eje de rotación del cuerpo central respecto al proximal
Realización preferente de la invención
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se indican y describen en detalle a continuación.
Así, tal y como se observa en la figura 1, en la figura 2 y en la figura 3, una posible realización preferente sistema de estabilización aerodinámica objeto de la invención comprende esencialmente los siguientes elementos:
• un cuerpo principal (1) consistente en una estructura que rota respecto a un eje central de rotación (8) vertical, con una parte inferior plana y de contorno circular y una parte superior que se dispone a modo de superficie aerodinámica de perfil simétrico que se enfrenta al flujo, y se divide a su vez en los siguientes elementos:
o un anillo interior de transmisión de cargas (12), concéntrico al anillo exterior de transmisión de cargas (4) y de algo menor tamaño, de modo que rota respecto a éste, se apoya en él y le transmite las cargas pertinentes,
o un entramado de vigas transversales y larguerillos (13), dispuestos longitudinal y transversalmente para transmitir las cargas hacia el sistema de anillos (12, 4) y rigidizar el conjunto,
o una serie de mamparos transversales verticales (14), que rigidizan la sección aerodinámica del cuerpo principal (1) y permiten la transmisión de cargas desde las costillas (11) hasta el entramado de vigas y larguerillos (13),
o una serie de costillas (11), dispuestas en posición horizontal y con contornos a modo de perfiles aerodinámicos simétricos cuyos centros aerodinámicos coinciden con el eje central de rotación (8),
o un revestimiento (9) de chapa, que cubre la parte superior en contacto con el aire de la sección inferior del cuerpo principal (1) y los laterales y parte superior de la sección superior del cuerpo principal (1), con unas curvaturas (7, 10) para evitar el ángulo recto entre todas estas partes mencionadas, y formando en la sección superior una superficie de sustentación aerodinámica simétrica, con un borde proximal (5) romo y un borde distal (6) afilado,
• una unidad motora de rotación (3), y
• un anillo exterior de transmisión de cargas (4), anclado al vagón y por cuyo centro pasa el eje central de rotación (8) vertical.
En otra realización preferente, como vemos en la figura 4 y en la figura 5, el cuerpo principal (1) se compone de dos elementos, un cuerpo proximal (2), que contiene el anillo interior de transmisión de cargas (12), su entramado de vigas y larguerillos (13), los mamparos transversales (14), las costillas internas (11), y el revestimiento exterior (9) con el borde proximal (5) romo; y un cuerpo distal (15) que contiene el borde de salida (6) afilado. Tanto la parte proximal del cuerpo distal (15) como la parte distal del cuerpo proximal (2) deben permitir un correcto acoplamiento y giro relativo entre ambos cuerpos en torno a un eje de giro vertical (16).
En otra realización preferente, como vemos en la figura 6, en la figura 7 y en la figura 8, el cuerpo principal (1) se compone de tres elementos: un cuerpo proximal (2), que contiene el anillo interior de transmisión de cargas (12), su entramado de vigas y larguerillos (13), los mamparos transversales (14), las costillas internas (11), y el revestimiento exterior (9) con un borde proximal (5) romo; un cuerpo central (17); y un cuerpo distal (15) que contiene el borde de salida (6) afilado. En este caso, tanto la parte distal del cuerpo proximal (2) y la parte proximal del cuerpo central (17) como la parte distal del cuerpo central (17) y la parte proximal del cuerpo distal (15) deben permitir un correcto acoplamiento y giro relativo en torno a sus respectivos ejes de giro (18, 16).
En la figura 9 podemos apreciar un ferrocarril tomando una curva haciendo uso de su tecnología de estabilización aerodinámica objeto de esta invención, con la realización preferente en la cual el cuerpo principal está dividido en tres elementos. El cuerpo principal del sistema de estabilización de la cabeza tractora y el del vagón subsiguiente se encuentran con un ángulo de ataque positivo al estar ambos vagones en curva. El tercer vagón de la figura, al no haber entrado aún en la curva de transición, se encuentra en vía recta y el cuerpo principal de su sistema de estabilización se encuentra aún alineado con el eje longitudinal del tren.
Claims (5)
1. Sistema de estabilización aerodinámica para acoplar en el techo de los vagones de trenes de alta y muy alta velocidad para mejorar el comportamiento en curva, y que está caracterizado porque comprende:
• un cuerpo principal (1) consistente en una estructura rígida que rota en tomo a un eje central de rotación (8) vertical, con una parte inferior plana y de contorno circular y una parte superior que se dispone a modo de superficie aerodinámica de perfil simétrico que se enfrenta al flujo, y se divide a su vez en los siguientes elementos:
o un anillo interior de transmisión de cargas (12), concéntrico al anillo exterior de transmisión de cargas (4) y de algo menor tamaño, de modo que rota respecto a éste, se apoya en él y le transmite las cargas pertinentes,
o un entramado de vigas transversales y larguerillos (13), dispuestos longitudinal y transversalmente para transmitir las cargas hacia el sistema de anillos (12, 4) y rigidizar el conjunto,
o una serie de mamparos transversales verticales (14), que rigidizan la sección aerodinámica del cuerpo principal (1) y permiten la transmisión de cargas desde las costillas (11) hasta el entramado de vigas y larguerillos (13),
o una serie de costillas (11), dispuestas en posición horizontal y cuyos contornos dibujan perfiles aerodinámicos simétricos, donde sus centros aerodinámicos coinciden con el eje central de rotación (8),
o un revestimiento exterior (9) de chapa, que cubre la parte superior en contacto con el aire de la sección inferior del cuerpo principal (1), los laterales y parte superior de la sección aerodinámica del cuerpo principal (1), con unas curvaturas (7, 10) para evitar el ángulo recto entre todas estas partes mencionadas, formando en la sección superior una superficie de sustentación aerodinámica simétrica, con un borde próxima! (5) romo y un borde distal (6) afilado,
• una unidad motora de rotación (3), que se encuentra situada por debajo del nivel del techo del vagón y está en continuo contacto con el anillo interior de transmisión de cargas (12) del cuerpo principal (1), y
• un anillo exterior de transmisión de cargas (4), anclado al vagón y por cuyo centro pasa el eje central de rotación (8) vertical.
2. Sistema de estabilización aerodinámica para acoplar en el techo de los vagones de trenes de alta y muy alta velocidad para mejorar el comportamiento en curva, y que está caracterizado porque comprende:
• un cuerpo principal (1), consistente en una estructura que rota en tomo a un eje central de rotación (8) vertical, con una parte inferior plana y de contorno circular y una parte superior que se dispone a modo de superficie aerodinámica de perfil simétrico que se enfrenta al flujo, y se divide a su vez en los siguientes elementos:
o un cuerpo proximal (2), que se divide en los siguientes elementos:
■ un anillo interior de transmisión de cargas (12), concéntrico al anillo exterior de transmisión de cargas (4) y de algo menor tamaño, de modo que rota respecto a éste, se apoya en él y le transmite las cargas pertinentes,
■ un entramado de vigas transversales y larguerillos (13), dispuestos longitudinal y transversalmente para transmitir las cargas hacia el sistema de anillos (12, 4) y rigidizar el conjunto,
■ una serie de mamparos transversales verticales (14), que rigidizan la sección aerodinámica del cuerpo principal (1) y permiten la transmisión de cargas desde las costillas (11) hasta el entramado de vigas y larguerillos
■ una serie de costillas (11), dispuestas en posición horizontal y con contornos a modo de perfiles aerodinámicos simétricos cuyos centros aerodinámicos coinciden con el eje central de rotación (8),
■ un revestimiento (9) de chapa, que cubre la parte superior en contacto con el aire de la sección inferior del cuerpo proximal (2), y los laterales y parte superior de la sección aerodinámica del cuerpo proximal (2), con unas curvaturas (7, 10) para evitar el ángulo recto entre todas estas partes mencionadas, formando en la sección superior una superficie de sustentación aerodinámica simétrica, con un borde proximal (5) romo y una parte distal adecuada para el acoplamiento y giro relativo de la parte proximal del cuerpo distal (15) en tomo a un eje de giro vertical (16),
o un cuerpo distal (15), cuya parte proximal está adecuada para el acoplamiento y giro relativo respecto a la parte distal del cuerpo proximal (2) en tomo a un eje de giro vertical (16), y con un borde de salida (6) afilado,
• una unidad motora de rotación (3), que se encuentra situada por debajo del nivel del techo del vagón y está en continuo contacto con el anillo interior de transmisión de cargas (12) del cuerpo principal (1), y
• un anillo exterior de transmisión de cargas (4), anclado al vagón y por cuyo centro pasa el eje central de rotación (8) vertical.
3. Sistema de estabilización aerodinámica para acoplar en el techo de los vagones de trenes de alta y muy alta velocidad para mejorar el comportamiento en curva, y que está caracterizado porque comprende:
• un cuerpo principal (1), consistente en una estructura que rota en tomo a un eje central de rotación (8) vertical, con una parte inferior plana y de contorno circular y una parte superior que se dispone a modo de superficie aerodinámica de perfil simétrico que se enfrenta al flujo, y se divide a su vez en los siguientes elementos:
o un cuerpo proximal (2), que se divide en los siguientes elementos:
■ un anillo interior de transmisión de cargas (12), concéntrico al anillo exterior de transmisión de cargas (4) y de algo menor tamaño, de modo que rota respecto a éste, se apoya en él y le transmite las cargas pertinentes,
■ un entramado de vigas transversales y larguerillos (13), dispuestos longitudinal y transversalmente para transmitir las cargas hacia el sistema de anillos (12, 4) y rigidizar el conjunto,
■ una serie de mamparos transversales verticales (14), que rigidizan la sección aerodinámica del cuerpo principal (1) y permiten la transmisión de cargas desde las costillas (11) hasta el entramado de vigas y larguerillos (13),
■ una serie de costillas (11), dispuestas en posición horizontal y con contornos a modo de perfiles aerodinámicos simétricos cuyos centros aerodinámicos coinciden con el eje central de rotación (8),
■ un revestimiento (9) de chapa, que cubre la parte superior en contacto con el aire de la sección inferior del cuerpo proximal (2), y los laterales y parte superior de la sección aerodinámica del cuerpo proximal (2), con unas curvaturas (7, 10) para evitar el ángulo recto entre todas estas partes mencionadas, formando en la sección superior una superficie de sustentación aerodinámica simétrica, con un borde proximal (5) romo y una parte distal adecuada para el acoplamiento y giro relativo de la parte proximal del cuerpo distal (15) en tomo a un eje de giro vertical (18),
o un cuerpo central (17), cuya parte proximal está adecuada para el acoplamiento y giro relativo respecto a la parte distal del cuerpo proximal (2) en torno a un eje de giro vertical (18), y su parte distal está adecuada para el acoplamiento y giro
relativo respecto a la parte proximal del cuerpo distal (15) en torno a otro eje de giro vertical (16),
o un cuerpo distal (15), cuya parte proximal está adecuada para el acoplamiento y giro relativo respecto a la parte distal del cuerpo central (17) en torno a un eje de giro vertical (16), y con un borde de salida (6) afilado,
• una unidad motora de rotación (3), que se encuentra situada por debajo del nivel del techo del vagón y está en continuo contacto con el anillo interior de transmisión de cargas (12) del cuerpo principal (1), y
• un anillo exterior de transmisión de cargas (4), anclado al vagón y por cuyo centro pasa el eje central de rotación (8) vertical.
4. Sistema de estabilización aerodinámica según la reivindicación 3 caracterizado porque el cuerpo proximal, central y/o distal se subdividen a su vez en secciones con el fin de proporcionar mayor suavidad en la curvatura del perfil, desglosando así el cuerpo principal en un mayor número de elementos.
5. Sistema de estabilización aerodinámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se le añaden uno o varios dispositivos hipersustentadores adicionales al cuerpo principal (1), ya conocidos por el estado de la técnica actual, como por ejemplo slats, flaps ranurados, membranas de vibración o rodillos de borde de ataque, con el fin de aumentar la sustentación que genera el conjunto.
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