FR3124471A1 - Motrice de véhicule de transport ferroviaire équipée d’un carénage à refoulement d’air - Google Patents
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Abstract
MOTRICE DE VÉHICULE DE TRANSPORT FERROVIAIRE ÉQUIPÉE D’UN CARÉNAGE À REFOULEMENT D’AIR L’invention concerne une motrice de véhicule (8) de transport ferroviaire destiné à circuler sur une voie de circulation selon une direction principale d’avancement, dite direction longitudinale (L), ladite motrice (8) comprenant au moins un bogie moteur (10) et un carénage, ladite motrice (8) étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre : au moins un dispositif de déflexion d’air (30) formé par ledit carénage, immédiatement en amont dudit bogie moteur (10) et au moins un canal de refoulement d’air (20) qui s’étend à l’intérieur dudit carénage entre une ouïe d’admission d’air (22) agencée en amont dudit dispositif de déflexion d’air (30) et une sortie d’air (24) agencée en amont dudit bogie moteur (10), de manière à pouvoir former une bulle de protection du bogie moteur (10) délimitée par la combinaison du flux d’air issu du dispositif de déflexion d’air (30) et du flux d’air issu du canal de refoulement d’air (20). Figure pour l’abrégé : figure 2
Description
Domaine technique de l’invention
Le domaine de l’invention est celui des véhicules de transport ferroviaire, en particulier celui des motrices des véhicules de transport ferroviaire. L’invention concerne plus particulièrement les motrices de véhicules de transport ferroviaire équipées de moyens permettant d’améliorer l’aérodynamisme de la motrice.
Arrière-plan technologique
Un véhicule de transport ferroviaire, et en particulier un véhicule destiné à circuler à grande vitesse sur une voie de circulation dédiée est sensible aux perturbations aérodynamiques générées par les différents éléments qui le constituent. Ces perturbations aérodynamiques sont particulièrement présentes au voisinage des éléments tournants du véhicule, et notamment au niveau des bogies moteurs de la motrice. Ces perturbations aérodynamiques ont pour effet d’une part d’augmenter la consommation d’énergie nécessaire pour faire avancer le véhicule, et d’autre part de générer des nuisances sonores particulièrement problématiques au voisinage des zones d’habitation urbaines et périurbaines.
Aussi, diverses propositions ont déjà été faites pour améliorer le comportement aérodynamique des véhicules ferroviaires, et en particulier des motrices, pour réduire la trainée aérodynamique des véhicules, dans un but d’optimiser la consommation énergétique du train lors de son déplacement et accessoirement de réduire les nuisances sonores au voisinage des voies de passage des trains.
Par exemple, le demandeur a déjà proposé dans la demande FR2958247 d’équiper les trains d’éléments carénés discrets agencés sous le plancher du train pour améliorer le comportement aérodynamique du train. Ainsi, le flux d’air, au cours du déplacement du train, rencontre les éléments carénés discrets placés sous le plancher, ce qui permet d’améliorer le comportement aérodynamique du train.
Il a également été proposé d’équiper des trains de carénages entourant au moins partiellement les différents éléments susceptibles de générer des turbulences, tels que les bogies. Ces carénages font office de déflecteur en déviant l’air de sa trajectoire normale pour éviter qu’il ne rencontre l’élément susceptible d’impacter les performances aérodynamiques du train.
Ces différentes solutions permettent d’atteindre de bons résultats mais souffrent néanmoins de quelques inconvénients que les inventeurs ont cherché à corriger. En particulier, un carénage d’un bogie génère des complications lors des opérations de maintenance. En effet, la maintenance du bogie nécessite de démonter le carénage pour accéder au bogie, puis de le remonter une fois la maintenance réalisée. Cela allonge la durée d’immobilisation des véhicules ferroviaires, ce qui impacte la rentabilité des opérations d’exploitation de ces véhicules. En outre, un carénage, en recouvrant un équipement, peut conduire à une augmentation de la température de ce dernier, ce qui ne convient pas à tous les équipements, en particulier à ceux dont la température de fonctionnement doit rester dans une gamme de valeurs précises et prédéterminées. En outre, un carénage de bogie rend difficile, sinon impossible, l’utilisation de détecteurs de boite chaude agencée sur la voie ferrée. Enfin, l’ajout d’une pièce rapportée sur un véhicule est susceptible de se décrocher lors du déplacement de ce dernier.
Le demandeur a aussi proposé dans la demande FR3053652 d’équiper un véhicule ferroviaire de rideaux d’air agencés sur les parois latérales du véhicule ferroviaire au voisinage des zones de turbulences.
Cette solution présente l’inconvénient de modifier légèrement le gabarit du train, ce qui peut être problématique sur certaines voies.
Les inventeurs ont donc cherché à proposer une nouvelle solution pour améliorer les performances aérodynamiques des motrices des véhicules ferroviaires.
Objectifs de l’invention
L’invention vise à fournir une motrice d’un véhicule de transport ferroviaire qui présente un comportement aérodynamique amélioré par rapport aux motrices actuelles.
L’invention vise en particulier à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une motrice qui permet de réduire le coefficient de trainée du train, notamment lors de la circulation du véhicule sur une voie de circulation à grande vitesse.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une motrice qui concourt à réduire la consommation d’énergie nécessaire à son déplacement sur une voie de circulation.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une motrice qui présente des performances aérodynamiques améliorées sans néanmoins impacter le gabarit du véhicule.
L’invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation, une motrice qui permet de maitriser l’écoulement d’air au voisinage des éléments du bogie moteur, tel que la boite d’essieu et le support d’amortisseur.
Pour ce faire, l’invention concerne une motrice de véhicule de transport ferroviaire destiné à circuler sur une voie de circulation selon une direction principale d’avancement, dite direction longitudinale, ladite motrice comprenant au moins un bogie moteur et un carénage.
La motrice selon l’invention est caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :
au moins un dispositif de déflexion d’air formé par ledit carénage, agencé immédiatement en amont dudit bogie moteur, et comprenant une première portion, dite portion de captation, convexe et creusée latéralement vers l’intérieur de la motrice et une deuxième portion adjacente en aval, dite déflecteur, qui forme un angle non nul avec la direction longitudinale correspondant à la direction inverse du flux d’air incident lors du déplacement de la motrice, de manière à pouvoir repousser l’air latéralement vers l’extérieur de ladite motrice, lors de son déplacement sur une voie de circulation,
au moins un canal de refoulement d’air qui s’étend à l’intérieur dudit carénage entre une ouïe d’admission d’air agencée en amont dudit dispositif de déflexion d’air et une sortie d’air agencée en amont dudit bogie moteur,
de manière à pouvoir former une bulle de protection du bogie moteur délimitée par la combinaison du flux d’air issu du dispositif de déflexion d’air et du flux d’air issu du canal de refoulement d’air.
La motrice selon l’invention présente donc la particularité d’être équipée à la fois d’un dispositif de déflexion d’air qui s’étend en amont du bogie moteur et d’un canal de refoulement d’air qui s’étend dans le carénage, entre une ouïe d’admission d’air et une sortie d’air. La combinaison du dispositif de déflexion et du canal de refoulement d’air permet de générer un flux (obtenu par l’addition du flux issu du dispositif de déflexion et du flux issu du canal de refoulement) qui forme une bulle de protection du bogie moteur agencé en aval en forçant l’air incident à le contourner. Cette bulle de protection est une zone neutre qui limite les surpressions sur les surfaces du bogie qui sont, en l’absence de l’invention, directement exposées au flux d’air incident.
Dans tout le texte, les termes « amont » et « aval » sont utilisés en référence à la direction principale d’avancement de la motrice du véhicule ferroviaire sur une voie de circulation. En d’autres termes, un premier élément agencé en amont d’un deuxième élément est plus proche de l’avant de la motrice que le deuxième élément et un deuxième élément agencé en aval d’un premier élément est plus éloigné de l’avant de la motrice que le premier élément.
Le dispositif de déflexion de la motrice selon l’invention comprend deux portions adjacentes, la portion de captation et le déflecteur. La portion de captation permet de générer une dépression en amont du déflecteur. Le déflecteur forme un angle non nul avec la direction longitudinale de telle que sorte que le flux fourni par la portion de captation et dévié par le déflecteur présente au moins une composante latérale et s’écarte donc, en aval du déflecteur, de la motrice et du bogie moteur.
Le canal de refoulement permet de générer un second flux d’air qui se superpose ou complète le flux d’air issu du dispositif de déflexion pour former la bulle de protection du bogie moteur.
La motrice selon l’invention permet donc d’améliorer ses performances aérodynamiques sans impacter le gabarit de la motrice.
En outre, aucune pièce n’est rapportée sur la structure de la motrice dans la mesure où le dispositif de déflexion est directement façonné dans le carénage de la motrice et le canal de refoulement d’air est ménagé dans le carénage. La motrice selon l’invention ne présente donc aucun risque de perte de pièce.
En outre, l’invention supprime le besoin d’un carénage dédié au bogie moteur dans la mesure où il n’est plus en contact avec le flux d’air incident.
L’originalité de l’invention est donc de modifier des éléments déjà présents (le carénage de la motrice) pour générer une bulle de protection du bogie moteur, ce qui permet de résoudre les problèmes d’aérodynamisme sans néanmoins modifier le gabarit du train et sans nécessiter de rajouter des pièces à la structure de la motrice.
Avantageusement et selon l’invention, la portion de captation comprend en outre une rampe agencée en amont dudit déflecteur qui forme un angle non nul avec l’horizontal pour pouvoir dévier le flux d’air incident capté selon une direction présentant une composante verticale non nulle.
Cette variante avantageuse permet de conditionner le flux d’air capté pour lui donner en outre une composante ascendante vers les éléments saillants du bogie agencés en aval de la portion de captation.
En d’autres termes, le flux d’air issu de la portion de captation présente au moins une composante latérale générée par le déflecteur et au moins une composante verticale ascendante générée par la rampe.
La présence de la rampe permet également de lutter contre la dépression qui conduit le flux d’air incident sous l’étrave arrière.
Avantageusement et selon l’invention, le bogie moteur supporte au moins un plancher supportant lui-même une caisse et le carénage de la motrice comprend au moins une étrave qui s’étend à l’avant de la motrice depuis ledit plancher vers la voie de circulation et une première pièce d’habillage, dite jupe avant, agencée adjacente à ladite étrave, en aval de cette dernière, et s’étendant entre ladite étrave et une deuxième pièce d’habillage, dite jupe arrière adjacente à un anneau central formant ladite caisse de ladite motrice, ladite étrave et ladite jupe avant étant agencées longitudinalement en amont dudit bogie moteur, ledit dispositif de déflexion d’air étant formé par ladite étrave et ladite jupe avant.
Selon cette variante, le dispositif de déflexion d’air est formé par l’étrave et la jupe avant, agencées en amont du bogie moteur.
Selon une première variante de l’invention, la sortie d’air dudit canal de refoulement d’air est agencée verticalement au-dessus du déflecteur, et longitudinalement au niveau du déflecteur.
Cette variante permet d’expulser l’air du canal de refoulement au-dessus du déflecteur, ce qui permet d’obtenir une bulle de protection du bogie moteur qui présente une hauteur importante et correspondant à la position de la sortie du canal de refoulement.
Selon une autre variante, la sortie d’air dudit canal de soufflage d’air est agencée verticalement au niveau dudit déflecteur et longitudinalement en aval dudit déflecteur.
Cette variante permet d’obtenir une bulle de protection du bogie moteur moins haute que la variante précédente, mais qui s’étire plus dans la direction longitudinale.
Avantageusement et selon l’invention, ledit dispositif de déflexion d’air est formé en un matériau composite.
Un tel matériau composite est par exemple constitué au moins de fibres de verre multidirectionnelles et de résine polyester.
La motrice selon l’invention peut également comprendre avantageusement une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :
- le déflecteur comprend une surface, dite surface latérale, qui s’étend dans un plan formant un angle, avec ladite direction longitudinale, compris entre 45° et 135°, de préférence entre 70° et 110°,
- le déflecteur comprend une surface, dite surface supérieure, qui s’étend dans un plan formant un angle, avec la direction transversale, compris entre 0° et 15°,
- la portion de captation s’étend latéralement sur une distance comprise entre 100 et 200 mm,
- la sortie dudit canal de refoulement est orientée de telle sorte que le flux d’air expulsé par cette sortie forme un angle avec ladite direction longitudinale compris entre 45° et 135°, de préférence entre 70° et 110°,
- la rampe comprend une surface qui s’étend dans un plan formant un angle, avec la direction transversale, compris entre 0 et 90°,
- la rampe comprend une surface qui s’étend dans un plan formant un angle, avec la direction longitudinale, compris entre 0 et 80°.
Les tests réalisés par les inventeurs ont permis de mettre en évidence que la combinaison de ces différentes caractéristiques techniques permet d’améliorer le comportement aérodynamique de la motrice et de réduire le coefficient de trainée, ce qui équivaut à une réduction de la consommation énergétique de traction de la motrice.
L’invention concerne également une motrice caractérisée en combinaison par tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus ou ci-après.
Liste des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
Description détaillée d’un mode de réalisation de l’invention
Sur les figures, les éléments identiques, similaires ou analogues sont désignés par les mêmes références sur toutes les figures.
Les termes « longitudinal », « transversal » et « vertical » sont utilisés à titre non limitatif en référence au trièdre L, T, V tel que représenté notamment sur la . La direction longitudinale référencée L correspond à la direction principale d’avancement de la motrice sur une voie de circulation. Cette direction correspond également à la direction inverse du flux d’air incident en amont de la motrice. La direction verticale, référencée V, est la direction définie par la direction inverse de la gravité. La direction transversale, référencée T, est la direction perpendiculaire à la direction longitudinale et à la direction verticale. Sur les figures, la direction I correspond à la direction du flux d’air incident lors du déplacement de la motrice le long de la direction longitudinale L. Les directions L et I sont donc parallèles, mais de sens opposé.
Comme indiqué précédemment, les termes « amont » et « aval » et leurs équivalents « avant » et « arrière » sont utilisés en référence à la direction principale d’avancement de la motrice du véhicule ferroviaire sur une voie de circulation.
Une motrice selon l’invention est représentée schématiquement et partiellement sur la .
Cette motrice 8 comprend classiquement des bogies moteurs 10 qui supportent un plancher (non visible sur la ) qui supporte lui-même une caisse.
La motrice comprend un carénage formé d’une étrave 12 qui s’étend à l’avant de la motrice 8 depuis le plancher vers la voie de circulation (non représentée sur la ). L’étrave 12 a pour fonction de limiter la pénétration de l’air sous le plancher de la motrice. Cette étrave 12 comprend classiquement une étrave avant 12a et une étrave arrière 12b. Le carénage comprend également une première pièce d’habillage, dite jupe avant 13, adjacente à l’étrave 12. La jupe avant 13 s’étend entre l’étrave 12 et une deuxième pièce d’habillage, dite jupe arrière 14. Cette jupe arrière 14 est elle-même adjacente à un anneau central 15 qui forme la caisse de la motrice 8.
Sur la , le dispositif de déflexion et le canal de refoulement ne sont pas représentés à des fins de clarté.
Ces éléments sont représentés schématiquement sur les figures 2 à 8.
Ainsi, la illustre schématiquement le dispositif de déflexion d’air 30 formé par l’étrave 12b arrière et par la jupe avant 13, ainsi que le canal 20 de refoulement d’air qui s’étend à l’intérieur du carénage.
La direction du flux d’air incident est représentée par la flèche blanche sur la , qui correspond à la direction I, inverse de la direction L de déplacement de la motrice sur une voie de circulation.
La personne du métier comprendra que la est une vue schématique de l’intérieur de la motrice et que le canal de refoulement est représenté par la veine d’air qui s’écoule dans le canal de refoulement d’air.
Ce canal s’étend entre une ouïe d’admission d’air 22 formée dans l’étrave arrière 12b et une sortie d’expulsion d’air 24 formée dans la jupe avant 13, en amont du bogie moteur 10. L’air incident pénètre dans le canal de refoulement par l’ouïe d’admission d’air 22, circule dans le canal de refoulement et est expulsé du canal par la sortie 24. Ainsi, le canal de refoulement d’air permet non seulement de déplacer une partie du flux d’air incident vers l’arrière, mais également de dévier sa trajectoire de telle sorte qu’il soit expulsé du canal selon une direction différente de la direction du flux d’air incident.
Les figures illustrent également schématiquement le dispositif de déflexion d’air comprenant une portion de captation, convexe et creusée latéralement (c’est-à-dire selon la direction transversale) vers l’intérieur de la motrice et une deuxième portion adjacente en aval, qui forme le déflecteur en tant que tel.
La représente les mêmes éléments que ceux de la , mais vus de côté et depuis l’extérieur de la motrice. Lors du déplacement de la motrice, l’air incident entre dans le canal de refoulement d’air par l’ouïe d’admission 22 et sort du canal par la sortie 24. Dans le mode de réalisation de la , la sortie 24 est agencée verticalement au-dessus du dispositif de déflexion 30. Selon un autre mode de réalisation non représenté sur les figures, la sortie peut être agencée au même niveau que le dispositif de déflexion, mais en aval de ce dernier.
La est une vue des mêmes éléments que ceux des figures 2 et 3, mais vus de dessus. Cela permet de représenter l’angle formé par le flux d’air issu du canal de refoulement 20 au niveau de la sortie 24, par rapport à la direction du flux incident qui correspond à l’inverse de la direction longitudinale. Cet angle référencé α2 sur la est de préférence compris entre 70° et 110°.
La est la même vue que celle de la sur laquelle le canal de refoulement 20 n’est pas représenté. Cela permet de mettre en évidence les deux surfaces qui forment le dispositif de déflexion 30.
En particulier, le déflecteur comprend une surface, dite surface latérale 32, qui s’étend dans un plan formant un angle avec ladite direction longitudinale, référencé α1 sur la , qui est de préférence compris entre 70° et 110°.
Le déflecteur comprend également une surface, dite surface supérieure 34, qui s’étend dans un plan formant un angle avec un plan horizontal, référencé β1 sur la , compris de préférence entre 0° et 15°.
De préférence, la portion convexe creusée du dispositif de déflexion 30 présente une profondeur (c’est-à-dire une dimension le long de la direction transversale) comprise entre 100 mm et 200 mm.
Ainsi et selon le mode de réalisation des figures, l’ensemble formé par le dispositif de déflexion 30 et le canal de refoulement d’air 20 présente des dimensions de 1,4 m le long de la direction longitudinale, de 0,7m de large le long de la direction transversale, et de 0,4m de hauteur le long de la direction verticale.
Les figures 7 et 8 illustrent une variante de réalisation comprenant en outre une rampe 33 agencée en amont du déflecteur 34 pour pouvoir imprimer au flux d’air incident capté par la portion de captation une composante verticale ascendante.
Cette rampe peut par exemple s’étendre sur une hauteur de 380 mm le long de la direction verticale et sur une longueur de l’ordre de 1400 mm le long de la direction longitudinale.
En outre, elle forme, selon le mode de réalisation des figures 7 et 8, un angle avec la direction transversale compris entre 0 et 90°, et un angle avec la direction longitudinale compris entre 0 et 80°.
Selon ce mode de réalisation, le flux d’air issu de la portion de captation présente au moins une composante latérale générée par le déflecteur 34 et au moins une composante verticale ascendante générée par la rampe 33.
L’invention ne se limite pas aux seuls modes de réalisation décrit en lien avec les figures. Ainsi, les dimensions et angles fournis peuvent être adaptés à chaque motrice et à chaque bogie de motrice selon les besoins.
La personne du métier pourra déterminer les angles et dimensions adaptés au cas d’espèce lui permettant de générer une bulle de protection du bogie agencé en aval par la combinaison du flux issu du dispositif de déflexion d’air et du canal de refoulement d'air.
Claims (10)
- Motrice de véhicule (8) de transport ferroviaire destiné à circuler sur une voie de circulation selon une direction principale d’avancement, dite direction longitudinale (L), ladite motrice (8) comprenant au moins un bogie moteur (10) et un carénage, ladite motrice (8) étant caractérisée en ce qu’elle comprend en outre :
au moins un dispositif de déflexion d’air (30) formé par ledit carénage, immédiatement en amont dudit bogie moteur (10), et comprenant une première portion, dite portion de captation (36), convexe et creusée latéralement vers l’intérieur de la motrice et une deuxième portion adjacente en aval, dite déflecteur (32, 34), qui forme un angle non nul avec la direction longitudinale correspondant à la direction inverse (I) du flux d’air incident lors du déplacement de la motrice, de manière à pouvoir repousser l’air incident latéralement vers l’extérieur de ladite motrice, lors de son déplacement sur une voie de circulation,
au moins un canal de refoulement d’air (20) qui s’étend à l’intérieur dudit carénage entre une ouïe d’admission d’air (22) agencée en amont dudit dispositif de déflexion d’air (30) et une sortie d’air (24) agencée en amont dudit bogie moteur (10),
de manière à pouvoir former une bulle de protection du bogie moteur (10) délimitée par la combinaison du flux d’air issu du dispositif de déflexion d’air (30) et du flux d’air issu du canal de refoulement d’air (20). - Motrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion de captation comprend en outre une rampe (33) agencée en amont dudit déflecteur (32, 34) qui forme un angle non nul avec l’horizontal pour pouvoir dévier le flux d’air incident capté selon une direction présentant une composante verticale non nulle.
- Motrice selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle ledit bogie moteur (10) supporte au moins un plancher supportant lui-même une caisse et dans laquelle ledit carénage comprend au moins une étrave (12a, 12b) qui s’étend à l’avant de la motrice depuis ledit plancher vers la voie de circulation et une première pièce d’habillage, dite jupe avant (13), agencée adjacente à ladite étrave (12a, 12b), en aval de cette dernière, et s’étendant entre ladite étrave et une deuxième pièce d’habillage, dite jupe arrière (14) adjacente à un anneau central (15) formant ladite caisse de ladite motrice, ladite étrave (12a, 12b) et ladite jupe avant (13) étant agencées longitudinalement en amont dudit bogie moteur,
ladite motrice étant caractérisée en ce que ledit dispositif de déflexion d’air (30) est formé par ladite étrave et ladite jupe avant. - Motrice selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite sortie d’air (24) dudit canal de refoulement d’air (20) est agencée verticalement au-dessus dudit déflecteur (30), et longitudinalement au niveau dudit déflecteur.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite sortie d’air (24) dudit canal de refoulement d’air (20) est agencée verticalement au niveau dudit déflecteur (30) et longitudinalement en aval dudit déflecteur.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit déflecteur (30) comprend une surface, dite surface latérale (32), qui s’étend dans un plan formant un angle, avec ladite direction longitudinale, compris entre 45° et 135°, de préférence entre 70° et 110°.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit déflecteur (30) comprend une surface, dite surface supérieure (34), qui s’étend dans un plan formant un angle, avec un plan horizontal, compris entre 0° et 15°.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite portion de captation (36) s’étend latéralement sur une distance comprise entre 100 et 200 mm.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite sortie d’air (24) dudit canal de refoulement d’air (20) est orientée de telle sorte que le flux d’air expulsé par cette sortie d’air (24) forme un angle, avec ladite direction longitudinale (L), compris entre 45° et 135°, de préférence entre 70° et 110°.
- Motrice selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit dispositif de déflexion d’air (30) est formé en un matériau composite.
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| FR3124471B1 (fr) | 2023-05-19 |
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