FR3098177A1 - Optimisation des performances aérodynamiques dans la zone de couplage entre les voitures de tête de deux rames adjacentes de matériel ferroviaire. - Google Patents

Optimisation des performances aérodynamiques dans la zone de couplage entre les voitures de tête de deux rames adjacentes de matériel ferroviaire. Download PDF

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Abstract

Optimisation des performances aérodynamiques dans la zone de couplage entre les voitures de tête de deux rames adjacentes de matériel ferroviaire. L’invention porte principalement sur l’utilisation d’une pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) au niveau d’une zone de couplage entre la voiture de tête (2) d’une première rame de matériel ferroviaire et la voiture de tête (3) d’une seconde rame, pour optimiser les performances aérodynamiques dans cette zone, lesquelles voitures de tête (2,3) comportent chacune une face avant (4,5) dont au moins une partie (11,15 – 12,16) est inclinée vers le sol, laquelle pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) présente au moins une position déployée, et comporte en position déployée : - une enveloppe externe (19,19a,19b,19c,19d) présentant un plan de symétrie médian (P) et dont la face supérieure (20,20a,20b,20c,20d) s’étend longitudinalement au-dessus de la zone d’attelage (7) depuis la face avant (4) de l’une des voitures de tête (2) jusqu’à la face avant (5) de l’autre voiture de tête (3), et - des moyens de fixation aux faces avant respectives (4,5) des première (2) et seconde (3) voiture de tête. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2

Description

Optimisation des performances aérodynamiques dans la zone de couplage entre les voitures de tête de deux rames adjacentes de matériel ferroviaire.
Le domaine technique de l’invention est celui de l’amélioration des performances aérodynamiques d’un matériel ferroviaire comportant deux rames ferroviaires attelées entre elles.
La présente invention concerne plus particulièrement l’amélioration des performances aérodynamiques au niveau de la zone de couplage entre les voitures de tête des deux rames adjacentes.
ART ANTERIEUR ET INCONVENIENT DE L’ART ANTERIEUR
Pour optimiser le nombre de voyageurs dans un même matériel ferroviaire, il est connu de solidariser deux rames entre elles. Mais pour les trains dont la vitesse d’exploitation est égale ou supérieure à 160 km/h, cette solidarisation engendre des perturbations aérodynamiques au niveau de la zone de raccordement, dite zone de couplage, des deux rames.
En effet, et en référence à la figure 1 qui illustre une zone de couplage 1 entre deux voitures de tête 2,3 de deux rames adjacentes, les faces avant 4,5 de ces deux voitures de tête 2,3 sont inclinées vers le sol 6 jusqu’à la zone d’attelage 7. La géométrie de ces faces avant 4,5 ainsi que les entrées d’air induites par la zone d’attelage 7 engendrent des recirculations d’air et des turbulences, ainsi que des surpressions de surface, qui augmentent la résistance à l’avancement du matériel ferroviaire en circulation. La résistance aérodynamique représentant une part prépondérante dans la résistance à l‘avancement des trains, en particulier pour des vitesses supérieures à 120 km/h, il est nécessaire de diminuer ces perturbations aérodynamiques au niveau de la zone de couplage, étant entendu que la modification de l’une des deux faces avant n’est pas souhaitée au regard du fait que chaque rame peut être employée pour circuler dans les deux sens de circulation.
On connait des appendices aérodynamiques dans le domaine ferroviaire, par exemple des ailerons ménagés au niveau du toit de la rame pour diminuer la distance au freinage d’urgence. Mais ces appendices assurent la fonction inverse de celle de la diminution de la résistance aérodynamique.
OBJECTIF DE L’INVENTION
Dans ce contexte, l’invention vise un système pour augmenter les performances aérodynamiques dans la zone de couplage entre les voitures de tête de deux rames adjacentes de matériel ferroviaire.
L’invention vise en outre un système simple à mettre en œuvre et peu coûteux.
A cet effet, l’invention porte sur l’utilisation d’une pièce de carénage disposée au niveau d’une zone de couplage entre la voiture de tête d’une première rame de matériel ferroviaire et la voiture de tête d’une seconde rame, pour optimiser les performances aérodynamiques dans cette zone, lesquelles voitures de tête comportent chacune une face avant dont au moins une partie est inclinée vers le sol, laquelle pièce de carénage présente au moins une position déployée, et comporte en position déployée :
- une enveloppe externe présentant un plan de symétrie médian et dont la face supérieure s’étend longitudinalement au-dessus de la zone d’attelage depuis la face avant de l’une des voitures de tête jusqu’à la face avant de l’autre voiture de tête, et
- des moyens de fixation aux faces avant respectives des première et seconde voiture de tête.
L’ensemble de fixation de l’invention peut également comporter les caractéristiques optionnelles suivantes considérées isolément ou selon toutes les combinaisons techniques possibles :
  • la pièce de carénage est escamotable entre une position repliée et la position déployée.
  • en position déployée, l’enveloppe externe de la pièce de carénage présente une face supérieure de forme incurvée concave s’étendant au-dessus de la zone d’attelage.
  • en position déployée, les extrémités longitudinales opposées de la face supérieure de l’enveloppe externe de la pièce de carénage épousent les parties inclinées des faces avant respectives des voitures de tête sur lesquelles elles reposent, en formant une continuité surfacique entre ces extrémités longitudinales et les parties inclinées des faces avant des voitures de tête.
  • les moyens de fixations sont au moins disposés au niveau des revers d’eau situés sur les faces avant de chacune des voitures de tête.
  • les extrémités longitudinales opposées de la face supérieure de l’enveloppe externe de la pièce de carénage reposent sur les vitrages respectifs des faces avant des deux voitures de tête.
  • l’enveloppe externe de la pièce de carénage comporte en outre deux faces latérales opposées s’étendant depuis la face supérieure de la dite enveloppe externe et dont au moins une partie des bords périphériques épouse les faces avant et/ou latérales des deux voitures de têtes.
  • les faces latérales de l’enveloppe externe de la pièce de carénage s’étendent à proximité de la zone d’attelage.
  • les moyens de fixation sont en outre disposés au niveau de la zone d’attelage.
  • la pièce de carénage est une pièce rapportée à la zone de couplage.
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :
Figure 1 : Représentation schématique de côté d’une zone de couplage dénuée de pièce de carénage.
Figure 2 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position déployée dans l’utilisation de l’invention selon une première variante.
Figure 3 : Représentation schématique de coté de la zone de couplage comportant la pièce de carénage selon la première variante de l’invention.
Figure 4 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position déployée dans l’utilisation de l’invention selon une deuxième variante.
Figure 5 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position déployée dans l’utilisation de l’invention selon une troisième variante.
Figure 6 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position déployée dans l’utilisation de l’invention selon une quatrième variante.
Figure 7 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position déployée dans l’utilisation de l’invention selon une cinquième variante.
Figure 8 : Représentation schématique en perspective d’une zone de couplage comportant la pièce de carénage illustrée en position repliée selon un mode de réalisation particulier.
Il est tout d’abord précisé que sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l’une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure.
Il est également précisé que les figures représentent des variantes de l’invention mais qu’il peut exister d’autres modes de réalisation qui répondent à la définition de l’invention.
L’invention concerne principalement l’utilisation d’une pièce de carénage configurée pour être logée au niveau de la zone de couplage de deux voitures de tête en réduisant la résistance aérodynamique induite dans cette zone lorsque le matériel ferroviaire qui comporte les deux rames attachées circule, et en particulier, à une vitesse supérieure à 120 km/h.
La pièce de carénage est escamotable et adopte une position repliée (décrite plus loin) lorsque les deux rames ne sont pas attelées ensemble, et une position déployée active décrite en référence aux figures 2 et 3 selon une première variante de réalisation.
La pièce de carénage 8 est une pièce semi-rigide comportant des matériaux composites à matrice thermodurcissable et/ou thermoplastique, intégrant des jonctions élastomères pour conférer à la dite pièce 8 des degrés de liberté, notamment pour assurer son déploiement et son pliage.
La pièce de carénage 8 s’étend longitudinalement selon l’axe longitudinal XX’ des deux rames 1, 2, depuis la face avant 4 de la première voiture de tête 2 jusqu’à la face avant 5 de la seconde voiture de tête 3. Dans cette variante et dans cette configuration des voitures de tête, l’intégralité des faces avant 4,5 est inclinée vers le sol 6 jusqu’à la zone d’attelage 7 qui relie notamment mécaniquement les extrémités avant respectives 9,10 des deux voitures de tête 2, 3. Chaque face avant 4,5 comporte principalement un vitrage 11,12, un revers d’eau 13,14 et une partie inférieure 15,16 (figure 1).
La pièce de carénage 8 présente un plan de symétrie médian P (figure 3) qui coupe la zone d’attelage 8 et qui est perpendiculaire à l’axe longitudinal XX’ en formant deux parties identiques de la pièce de carénage 8. La pièce de carénage 8 présente une enveloppe externe 19 comportant en premier lieu une face supérieure 20 dont les extrémités longitudinales 17,18 sont fixées sur chacune des faces avant inclinée 4,5 au niveau des revers d’eau 13,14. Dans une variante non représentée, les extrémités longitudinales 17,18 s’étendent jusqu’au vitrage considéré 11,12.
La face supérieure 20 présente une forme incurvée concave jusqu’à ses extrémités longitudinales opposées 17,18 qui épousent les parties inclinées des faces avant 4,5 des voitures de tête 2,3 sur lesquelles elles reposent, en formant une continuité surfacique avec ces faces avant 4,5.
L’enveloppe externe 9 présente également deux faces latérales opposées 21,22 qui s’étendent de part et d’autre de la face supérieure 20 jusqu’à la partie inférieure 15,16 des faces avant respectives des deux voitures de tête 2,3, laquelle partie inférieure 15,16 peut déborder latéralement au niveau de ces voitures de tête 2,3. Les faces latérales 21,22 s’étendent en partie centrale jusqu’à la zone d’attelage 7. Les bords périphériques inférieurs 23,24 des faces latérales 21,22 reposent de façon étanche sur les parties inférieures respectives 15,16 des faces avant des voitures de tête 2,3, exceptée pour une partie centrale 27 qui s’étend entre les deux faces avant 4,5 à proximité de la zone d’attelage 7.
Ainsi, la pièce de carénage 8 de l’invention réduit la zone de rupture au niveau des parties inférieures des faces avant des voitures de tête en assurant une continuité surfacique entre ces faces avant. Cette continuité améliore les écoulements d’air en surface, limitent les champs de pression surfaciques ainsi que les turbulences dans la zone d’attelage.
Les moyens de fixation de la pièce de carénage 8 sur les faces avant 4,5 des voitures de tête 2,3 peuvent être des ceintures élastiques, des agrafes, des braguettes, des serrures, des loquets, des moyens de boutonnage, des vis, des écrous, des inserts, des clips, des moyens de blocage mécaniques, des pièces de liaisons ou toute autre pièce adaptée connue de l’homme du métier assurant le déploiement et le repliage de la pièce de carénage 8. Ces moyens de fixation sont sur la variante illustrée sur la figure 1 situés au niveau des revers d’eau 13,14 mais peuvent être alternativement situés en d’autres points sur les faces avant 4,5. Il peut également être prévu des moyens de fixation sur la zone d’attelage pour assurer la fixation efficace de la pièces de carénage 8.
La pièce de carénage 8 peut être une pièce rapportée configurée uniquement en position déployée, fixée sur les deux voitures de tête via les moyens de fixation, puis désolidarisée pour être repliée.
La pièce de carénage 8 peut alternativement être une pièce rapportée qui est déployée sur place, fixée sur les deux voitures de tête via les moyens de fixation, puis désolidarisée pour être repliée.
La pièce de carénage peut également être intégrée repliée dans les voitures de tête. Dans ce cas, la pièce de carénage 8 est faite de deux pièces d’assemblage identiques 25,26 (figure 3) correspondant aux deux parties identiques de la pièce de carénage 8 de part et d’autre du plan médian P. En référence à la figure 8, chaque pièce d’assemblage 25,26 est intégrée sur la face avant 4,5 de la voiture de tête considérée 2,3 dans un élément de rangement adapté 27. Les deux pièces d’assemblage 25,26 peuvent être déployées puis solidarisées entre elles au moyens d’attaches étanches ou tout autre type de moyens de fixation connu.
En plus du gain sur la traînée aérodynamique, l’invention peut avoir d’autres effets bénéfiques significatifs sur l’exploitation ferroviaire en diminuant les effets de souffle en bord de voie, en diminuant les ondes de pression lors de croisement de train ou dans un tunnel, en diminuant le bruit environnant, ou encore en protégeant l’attelage des intempéries.
Les figures 4, 5, 6 et 7 illustrent d’autres variantes de l’invention relatives à la configuration de la pièce de carénage 8a,8b,8c,8d dans sa position déployée. Sur la figure 4, l’enveloppe externe 19a de la pièce de carénage 8a de la seconde variante comporte une unique face supérieure 20a qui est incurvée concave en assurant une continuité surfacique entre les faces avant 4,5 des deux voitures de tête 2,3 (comme la pièce de carénage 8 de la première variante) et qui s’étend entre les revers d’eau 13a,14a. Sur la figure 5, l’enveloppe externe 19b et la face supérieure 20c de la pièce de carénage 8b de la troisième variante est de configuration identique à celles de la pièce de carénage 8a de la figure 4, la face supérieure 20b de l’enveloppe externe 19b s’étendant entre les faces avant 4,5 des deux voitures de tête 2,3 mais au niveau de la partie inférieure 15,16 de ces faces avant 4,5 à proximité de la zone d’attelage 7. Sur la figure 6, l’enveloppe externe 19c de la pièce de carénage 8c est également ménagée entre les faces avant 4, 5 des deux voitures de tête 2,3 en partie inférieure 15,16 de ces faces avant 4,5. Dans cette variante, l’enveloppe externe 19c comporte une face avant 20c et des faces latérales opposées 21c de faible hauteur (une seule est visible sur la figure 7) dont le bord inférieur s’étend entre les faces avant 4,5 à proximité de la zone d’attelage 7. Sur la figure 8, la pièce de carénage 8d de la cinquième variante est identique à la pièce de carénage 8c de la figure 7, excepté en ce que les faces latérales opposées 21d de l’enveloppe externe 19d sont de plus grande hauteur que celles de la cinquième variante en recouvrant la zone d’attelage 7.

Claims (12)

  1. Utilisation d’une pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) disposés au niveau d’une zone de couplage entre la voiture de tête (2) d’une première rame de matériel ferroviaire et la voiture de tête (3) d’une seconde rame, pour optimiser les performances aérodynamiques dans cette zone, lesquelles voitures de tête (2,3) comportent chacune une face avant (4,5) dont au moins une partie (11,15 – 12,16) est inclinée vers le sol, laquelle pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) présente au moins une position déployée, et comporte dans cette position déployée :
    - une enveloppe externe (19,19a,19b,19c,19d) présentant un plan de symétrie médian (P) et dont la face supérieure (20,20a,20b,20c,20d) s’étend longitudinalement au-dessus de la zone d’attelage (7) depuis la face avant (4) de l’une des voitures de tête (2) jusqu’à la face avant (5) de l’autre voiture de tête (3), et
    - des moyens de fixation aux faces avant respectives (4,5) des première (2) et seconde (3) voiture de tête.
  2. Utilisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) est escamotable entre une position repliée et la position déployée.
  3. Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu’en position déployée, l’enveloppe externe (19,19a,19b,19c,19d) de la pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) présente une face supérieure (20,20a,20b,20c,20d) de forme incurvée concave s’étendant au-dessus de la zone d’attelage (7).
  4. Utilisation selon la revendication 3, caractérisée en ce qu’en position déployée, les extrémités longitudinales opposées (17,18) de la face supérieure (20,20a,20b,20c,20d) de l’enveloppe externe (19,19a,19b,19c,19d) de la pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) épousent les parties inclinées (11,15 – 12,16) des faces avant respectives (4,5) des voitures de tête (2,3) sur lesquelles elles reposent, en formant une continuité surfacique entre ces extrémités longitudinales (17,18) et les parties inclinées (11,15 – 12,16) des faces avant (4,5) des voitures de tête (2,3).
  5. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de fixations sont au moins disposés au niveau des revers d’eau (13,14) situés sur les faces avant (4,5) de chacune des voitures de tête (2,3).
  6. Utilisation selon l’une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que les extrémités longitudinales opposées (17,18) de la face supérieure (20) de l’enveloppe externe (19) de la pièce de carénage (8) reposent sur les vitrages (11,12) respectifs des faces avant (4,5) des deux voitures de tête (2,3).
  7. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l’enveloppe externe (19,19c,19d) de la pièce de carénage (8,8c,8d) comporte en outre deux faces latérales opposées (21,21c,21d - 22) s’étendant depuis la face supérieure (20,20c,20d) de la dite enveloppe externe (19,19c,19d) et dont au moins une partie des bords périphériques (23,24) épouse les faces avant (4,5) et/ou latérale des deux voitures de têtes (2,3).
  8. Utilisation selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les faces latérales (21,22) de l’enveloppe externe (19,19c,19d) de la pièce de carénage (8,8c,8d) s’étendent à proximité de la zone d’attelage (7).
  9. Utilisation selon des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que les moyens de fixation sont en outre disposés au niveau de la zone d’attelage (7).
  10. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) est une pièce rapportée à la zone de couplage.
  11. Utilisation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la pièce de carénage (8,8a,8b,8c,8d) est réalisé en deux pièces d’assemblage identiques (25,26) délimitées par le plan de symétrie médian (P) de son enveloppe externe (19,19a,19b,19c,19d), et en ce que chaque pièce d’assemblage (25,26) est intégrée en position repliée au niveau de la face avant (4,5) de la voiture de tête associée (2,3).
  12. Voiture de tête de matériel ferroviaire, caractérisée en ce qu’elle comporte au niveau de sa face avant (4,5) des moyens d’intégration (27) d’une pièce d’assemblage (25,26) en position repliée selon l’utilisation de la revendication 10.
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