ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ТРАНСПОРТНЫЙ МОДУЛЬ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ЮНИЦКОГО Российский патент 2003 года по МПК B62D35/00 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения, а именно к построению транспортных средств с высокими аэродинамическими характеристиками, и может быть использовано в высокоскоростной струнной транспортной системе Юницкого.

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. М.: Машиностроение, 1987, с.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. М.: Машиностроение, 1987, с.42).

Однако, при известности пути решения задачи, 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 высокоскоростной транспортный модуль, используемый в струнной транспортной системе Юницкого, содержащий кузов обтекаемой формы с сопряженными сферообразной передней, каплеобразной средней и конусообразной задней частями, в котором нижняя поверхность средней части выполнена уплощенной. Для связи с рельсовым путем в нижней части кузова размещены колеса, установленные в два ряда. Движение транспортного модуля обеспечивают установленные в кузове привод и система управления (Журнал "Эврика" 3, 1998, с.53-55).

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

Форма кузова известного транспортного модуля не обеспечивает 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 градиентов давления. Кроме того, в известном техническом решении не решена проблема по 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 направлению траектории движения приводит его к зависимости от воздействия различных дестабилизирующих внешних причин.

Заявленный в качестве изобретения высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого направлен на повышение энергетических показателей за счет снижения потерь, определяемых его аэродинамическими характеристиками, и повышение стабилизации положения кузова по направлению траектории движения.

Указанный результат достигается тем, что высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого содержит кузов обтекаемой формы с сопряженными сферообразной передней, каплеобразной средней и конусообразной задней частями, в котором нижняя поверхность средней части выполнена уплощенной, а также размещенные в нижней части корпуса колеса, установленные в два ряда, и связанный с колесами привод с системой управления, при этом задняя конусообразная часть кузова выполнена с образующими, имеющими знакопеременную кривизну, а на нижней поверхности кузова выполнено два симметричных продольных участка с отрицательной кривизной поверхности, причем точки сопряжения продольных участков, имеющих отрицательную кривизну поверхности, с нижней поверхностью кузова, находятся на расстоянии от вертикальной плоскости симметрии кузова, выбираемом из условия:

где а - расстояние от точек сопряжения каждого из продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с нижней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова, м;
Н - максимальная высота кузова в поперечном сечении, м,
а точки сопряжения продольных участков, имеющих отрицательную кривизну поверхности, с боковыми поверхностями кузова находятся на расстоянии от нижней поверхности кузова, выбираемом из условия:

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

Указанный результат достигается также тем, что образующие поверхности задней конусообразной части кузова в вертикальной плоскости имеют большую степень кривизны, чем в горизонтальной плоскости, при этом вершина задней конусообразной части кузова выполнена в форме клина, ребро которого образует заднюю кромку кузова, расположенную в горизонтальной плоскости.

Указанный результат достигается также тем, что длина средней части кузова и расстояние между рядами колес выбираются из соотношения:

где L₁ - длина средней части кузова между точками линии сопряжения поверхностей передней и задней частей кузова с нижней уплощенной поверхностью средней части кузова, м;
L₂ - расстояние между рядами колес, м.

Указанный результат достигается также тем, что длина передней, средней и задней частей кузова выбирается из условий:


где L₃ - длина передней части кузова от крайней передней точки до точек линии сопряжения поверхности передней части с нижней уплощенной поверхностью средней части кузова, м;
L₄ - длина задней части кузова от крайней задней точки до точек линии сопряжения поверхности задней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м.

Указанный результат достигается также тем, что точки линии изменения знака кривизны образующей конусообразной поверхности задней части кузова, находятся на расстоянии от точек линии сопряжения поверхностей средней и задней частей кузова, выбираемом из условия:

где L₅ - расстояние от точек линии изменения знака кривизны образующей конусообразной поверхности задней части кузова, до точек линии сопряжения поверхностей средней и задней частей кузова, м.

Указанный результат достигается также тем, что площадь максимального поперечного сечения средней части кузова и площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, выбираются из соотношения

где S_зад - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м²;
S_{сред.макс} - площадь максимального поперечного сечения средней части кузова, м².

Указанный результат достигается также тем, что сопряжение каплеобразной верхней и уплощенной нижней частей кузова осуществляется при условии:

где Н₁ - максимальная высота верхней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м;
Н₂ - соответствующая высота нижней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м.

Указанный результат достигается также тем, что задняя кромка кузова выполнена вогнутой.

Указанный результат достигается также тем, что задняя кромка кузова выполнена выпуклой.

Указанный результат достигается также тем, что задняя кромка кузова выполнена прямой.

Выполнение задней части кузова транспортного модуля конусообразной формы с образующими, имеющими знакопеременную кривизну, позволяет оптимизировать обтекание кузова набегающим воздушным потоком. Наличие плавного перехода кривизны образующей задней конусообразной 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, за счет устранения скачков градиента давления, значительно снизить его коэффициент аэродинамического сопротивления.

Выполнение образующих задней конусообразной части кузова со степенью кривизны в вертикальной плоскости большей, чем их степень кривизны в горизонтальной плоскости позволяет сформировать на задней части кузова клиновидный профиль с вершиной на задней кромке, лежащей в горизонтальной плоскости, и обеспечить в этой плоскости стабилизацию транспортного модуля по направлению траектории движения.

Выполнение на нижней поверхности кузова двух симметричных продольных участков с отрицательной кривизной поверхности, точки сопряжения которых, с нижней поверхностью кузова, находятся на расстоянии от вертикальной плоскости симметрии кузова, выбираемом из условия:

а точки сопряжения с боковыми поверхностями кузова, находятся на расстоянии от нижней поверхности кузова, выбираемом из условия:

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 сопротивление воздуха движению транспортного модуля.

Уменьшение расстояния от точек сопряжения каждого из продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с нижней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова за указанные пределы, т.е. уменьшение ширины образованного в нижней 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.

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

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

позволяет, при оптимизированном, с точки зрения аэродинамических характеристик, выполнении кузова транспортного модуля, обеспечивать его динамическую устойчивость на рельсовом пути при высокоскоростном, более 300 км/час, 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 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:


позволяет, при размещении колес в корпусных нишах оптимизированного по форме транспортного 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. Тогда как увеличение 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 градиента давления на задней части кузова. Тогда как увеличение 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 образующей конусообразной 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 образующей конусообразной поверхности задней части кузова до точек линии сопряжения поверхностей средней и задней части кузова приведет к возможности срыва воздушного потока за счет большого градиента давления при переходе от средней к задней части кузова. Тогда как увеличение данного 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 выполнения кривизны поверхности средней части, как показали аэродинамические испытания, является наиболее оптимальным 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:

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, 1в представлен высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого при среднем и крайних значениях отношений длины средней части кузова к расстоянию между рядами колес;
на фиг. 2а, 2б, 2в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого при среднем и крайних значениях условий выполнения передней и задней частей кузова;
на фиг. 3а, 3б, 3в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого при различных местах расположения линии, проходящей через точки изменения знака кривизны огибающей конусообразной поверхности задней части кузова;
на фиг. 4а, 4б, 4в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого при среднем и крайних значениях отношений площади максимального поперечного сечения задней части кузова к площади максимального поперечного сечения средней части кузова;
на фиг. 5а, 5б, 5в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого при крайних и среднем значениях соотношений максимальных высот при сопряжении каплеобразной верхней и уплощенной нижней поверхности средней части кузова;
на фиг. 6а, 6б, 6в - максимальные поперечные сечения кузова высокоскоростного транспортного модуля транспортной системы Юницкого при среднем значении расстояния от точек сопряжения симметричных продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с боковыми поверхностями кузова до нижней поверхности кузова и различными значениями расстояний от точек сопряжения симметричных продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с нижней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова;
на фиг. 7а, 7б, 7в - максимальные поперечные сечения кузова высокоскоростного транспортного модуля транспортной системы Юницкого при среднем значении расстояния от точек сопряжения симметричных продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с нижней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова и различными значениями расстояний от точек сопряжения симметричных продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с боковыми поверхностями кузова до нижней поверхности кузова.

Высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого состоит из кузова 1 обтекаемой формы (фиг.1а, 1б, 1в) с сопряженными сферообразной передней 2, каплеобразной средней 3 и конусообразной задней 4 частями. Нижняя поверхность 5 средней 3 части кузова выполнена уплощенной. Для связи с путевой структурой 6 в нижней части кузова установлены два ряда колес 7. В кузове также размещены привод 8 с системой управления 9.

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

Длина L₁ средней 3 части кузова 1, между точками линий сопряжения поверхностей передней 2 и задней 4 частей кузова с нижней поверхностью 5 средней 3 части кузова 1, при выбранном расстоянии L₂ между рядами колес 7, определяется исходя из получения необходимой динамической устойчивости транспортного модуля при выбранной форме кузова 1.

Длины L₃ передней 2 и L₄ задней 4 частей кузова 1 (фиг.2а, 2б, 2в) определяются исходя из обеспечения динамической устойчивости транспортного модуля и оптимизации значения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Задняя 4 конусообразная часть кузова 1 выполнена со знакопеременной кривизной (фиг. 3а, 3б, 3в). Переход от выпуклой формы поверхности к вогнутой осуществлен в точках 14 линии, положение которой определяется исходя из требований по оптимизации обтекания кузова 1 набегающим воздушным потоком при различных режимах эксплуатации и конкретного конструктивного его выполнения.

Площадь S_задн максимального поперечного сечения А-А задней 4 части (фиг. 4а, 4б, 4в) кузова 1, по отношению к площади максимального поперечного сечения средней 3 части корпуса S_{сред.макс}, определяет условия оптимального обтекания воздушными потоками кузова 1 модуля при соблюдении требований к динамической устойчивости.

Соотношение максимальных значений высот Н₁ и Н₂ измеряемых от линии, проходящей через точки 15 и 15¹ с вертикальным положением касательных при сопряжении соответственно каплеобразной верхней и уплощенной нижней 5 поверхностей средней части 3 кузова 1 (фиг.5а, 5б, 5в), определяется из требований по минимизации фронтальной поверхности кузова и требований по оптимизации коэффициента аэродинамического сопротивления, а также с учетом требований с точки зрения эргономики, в зависимости от конкретного предназначения транспортного модуля.

Задняя кромка 16, образованная за счет того, что образующие задней конусообразной 4 части кузова 1 в вертикальной плоскости имеют большую степень кривизны, чем в горизонтальной плоскости, расположена в горизонтальной плоскости и может иметь прямую (фиг.2а), выпуклую (фиг.2б) или вогнутую (фиг.2в) форму. В предельном случае величина радиуса кривизны образующих поверхности задней 4 части кузова 1 в одной из плоскостей может стремиться к бесконечности (фиг.1а, 2в), определяя максимальную ширину задней кромки 16.

Описанная форма кузова транспортного модуля может быть использована и в случае выполнения его корпусной части, состоящей из двух и более кузовов.

Движение транспортных модулей в транспортной системе Юницкого осуществляется со скоростями 300 км/час и выше. При таких значениях скоростей движения основополагающим фактором, оказывающим влияние на энергетические показатели транспортного модуля, является 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 ноток равномерно, без отрывов, обтекает сопряженные переднюю 2 сферообразную и среднюю 3 каплеобразную части кузова 1 (фиг.1а, 1б, 1в). При сходе воздушного потока с задней 4 конусообразной части кузова 1, за счет выполнения ее образующей со знакопеременной кривизной, обеспечивается плавное, без скачков градиента, 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 образующих задней 4 конусообразной части кузова 1 со степенью кривизны в вертикальной плоскости большей, чем в горизонтальной плоскости (фиг. 1а), сформированный на клиновидном профиле воздушный поток, сходя с задней кромки 16, оказывает стабилизирующее воздействие на транспортный модуль в вертикальной плоскости по направлению траектории движения.

Значительное влияние на уменьшение сопротивления воздуха движению транспортного модуля оказывают два симметричных продольных участка 10 с отрицательной кривизной поверхности, выполненные на нижней 5 поверхности кузова 1 (фиг.6а, 6б, 6в, 7а, 7б, 7в). Конкретное место расположения продольных участков 10 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 11 продольных участков 10 с нижней 5 поверхностью кузова 1 и точек сопряжения 12 продольных участков 10 с боковой 13 поверхностью кузова 1 исходя из условий:


Оптимальные значения и (фиг.6б, 7б) позволяют, при обеспечении достаточной комфортности салона, реализовать значительное уменьшение площади фронтальной поверхности кузова транспортного модуля.

Выполнение кузова 1 транспортного модуля со значением отношений меньше (фиг.7а) и больше (фиг.6в) приведет к дискомфорту находящихся в салоне кузова пассажиров.

В случае выполнения кузова 1 транспортного модуля со значением отношений больше (фиг.7в) и меньше (фиг.6а) 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 L₂ между рядами колес 7, связанными с рельсами путевой структуры 6, выбор длины L₁ 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.1а) позволяет при движении транспортного модуля достаточно просто обеспечить необходимое значение его динамической устойчивости при выбранной форме кузова 1.

При выполнении кузова 1 транспортного модуля со значением отношения меньше (фиг.1б) 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 относительному удлинению передней 2 и задней 4 его частей и соответственно к понижению динамической устойчивости транспортного модуля.

В случае выполнения кузова 1 транспортного модуля со значением отношения больше (фиг.1в), с учетом ограничений на его поперечные размеры, при движении с большими скоростями, значительную роль начинает играть вырождение средней 3 части кузова в цилиндр, что приводит к увеличению площади боковой поверхности и соответственно к увеличению аэродинамического сопротивления.

Большое влияние на коэффициент аэродинамического сопротивления транспортного модуля 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 зрения 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 L₃ и L₄ соответственно передней 2 и задней 4 частей кузова 1.

Так расстояние L₃ (фиг.2а, 2б, 2в) 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 L₄ 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 L₁ средней 3 части, должны выбираться соответственно из условий:


Средние значения отношений и (фиг.2а) позволяют без особых трудностей обеспечить построение кузова 1 транспортного модуля с необходимыми аэродинамическими обводами.

При выполнении кузова 1 транспортного модуля со значениями отношений меньше (фиг.2б) и (фиг.2в) 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 больше (фиг.2в) и (фиг.2б) 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 характеристики транспортного модуля, при его движении с высокой скоростью по путевой структуре, значительное влияние оказывает расстояние L₅ (фиг. 3а, 3б, 3в), на котором расположены точки 14 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 L₁ средней 3 части кузова, положение точек 15, на задней 4 части кузова, через которые проходит указанная линия, определяется условием:

При среднем значении отношения (фиг.3а) 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 на путевой структуре 6.

При выполнении кузова 1 транспортного модуля со значениями соотношений меньше (фиг. 3б) становится реальным срыв воздушного потока при переходе от средней 3 части кузова 1 к его задней 4 части.

В случае выполнения кузова 1 транспортного модуля со значениями отношений больше (фиг.3в), 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.4а, 4б, 4в).

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 отношения (фиг. 4а) удается достаточно просто получить оптимальное значение коэффициента аэродинамического сопротивления, учитывая ограничения на габаритную длину транспортного модуля.

В случае выбора значения отношения больше (фиг.4б) 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 модуля с отношением меньше (фиг.4в) возникают причины для отрыва воздушного потока.

В зависимости от конкретного предназначения и областей использования высокоскоростной транспортный модуль может иметь различное соотношение максимальной высоты Н₁ верхней части кузова 1 и соответствующей ей высоты Н₂ нижней части от линии, проходящей через точки 15 и 15¹ кузова с вертикальным положением касательной (фиг.5а, 5б, 5в).

С учетом предъявляемых требований указанное отношение определяется условием:

Одним из оптимальных условий для выполнения кузова 1 транспортного модуля, предназначенного для пассажирских перевозок, представляется (фиг. 5а). 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 меньше (фиг.5б) представляется не целесообразным из-за значительного отклонения от формы кузова, обладающей наименьшим коэффициентом аэродинамического сопротивления.

Выбор значений отношения больше (фиг.5в) затрудняет размещение колес 7 в корпусных нишах, что также отрицательно сказывается на аэродинамических характеристиках транспортного модуля при его движении.

Использование изобретения позволит значительно снизить влияние дестабилизирующих факторов и улучшить аэродинамические характеристики высокоскоростного транспортного модуля, используемого в транспортной системе Юницкого, что, в итоге, повысит энергетические и соответственно экономические показатели транспортной системы.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и предназначено для использования при построении транспортных средств с высокими аэродинамическими характеристиками. Высокоскоростной транспортный модуль содержит кузов обтекаемой формы с сопряженными сферообразной передней, каплеобразной средней и конусообразной задней частями. При этом задняя конусообразная часть кузова выполнена с образующими, имеющими знакопеременную кривизну, а на нижней поверхности кузова выполнены два симметричных продольных участка с отрицательной кривизной поверхности, сопряженных с боковыми и нижней поверхностями кузова. Для снижения коэффициента аэродинамического сопротивления и повышения динамической устойчивости предлагаются определенные соотношения размеров элементов кузова и формы их выполнения. Модуль позволяет при повышенной динамической устойчивости улучшить энергетические показатели транспортной системы. 9 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы, содержащий кузов обтекаемой формы с сопряженными сферообразной передней, каплеобразной средней и конусообразной задней частями, в котором нижняя поверхность средней части выполнена уплощенной, а также размещенные в нижней части кузова колеса, установленные в два ряда, и связанный с колесами привод с системой управления, отличающийся тем, что задняя конусообразная часть кузова выполнена с образующими, имеющими знакопеременную кривизну, а на нижней поверхности кузова выполнены два симметричных продольных участка с отрицательной кривизной поверхности, причем точки сопряжения продольных участков, имеющих отрицательную кривизну поверхности, с нижней поверхностью кузова находятся на расстоянии от вертикальной плоскости симметрии кузова, выбираемом из условия

где а - расстояние от точек сопряжения каждого из продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с нижней поверхностью кузова до вертикальной плоскости симметрии кузова, м;
Н - максимальная высота кузова в поперечном сечении, м,
а точки сопряжения продольных участков, имеющих отрицательную кривизну поверхности, c боковыми поверхностями кузова находятся на расстоянии от нижней поверхности кузова, выбираемом из условия

где b - расстояние от точек сопряжения каждого из продольных участков с отрицательной кривизной поверхности с боковой поверхностью кузова до нижней поверхности кузова, м. 2. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что образующие поверхности задней конусообразной части кузова в вертикальной плоскости имеют большую степень кривизны, чем в горизонтальной плоскости, причем вершина задней конусообразной части кузова выполнена в форме клина, ребро которого образует заднюю кромку кузова, расположенную в горизонтальной плоскости. 3. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что длина средней части кузова и расстояние между рядами колес выбираются из соотношения

где L₁ - длина средней части кузова между точками линий сопряжения передней и задней частей с нижней уплощенной поверхностью средней части кузова, м;
L₂ - расстояние между рядами колес, м. 4. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что длина передней, средней и задней частей кузова выбирается из условий


где L₃ - длина передней части кузова от крайней передней точки до точек линии сопряжения передней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м;
L₄ - 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 п. 1, отличающийся тем, что точки линии сопряжения конусообразных поверхностей задней части корпуса с разными знаками кривизны находятся на расстоянии от линии точек сопряжения средней и задней частей кузова, выбираемом из условия

где L₅ - расстояние от точек линии сопряжения конусообразных поверхностей задней части кузова с разными знаками кривизны до точек линии сопряжения средней и задней частей кузова, м. 6. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что площадь максимального поперечного сечения средней части кузова и площадь максимального поперечного сечения задней части кузова выбираются из отношения

где S_задн - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м²;
S_{ср.макс} - площадь максимального поперечного сечения средней части кузова, м². 7. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что сопряжение каплеобразной верхней и уплощенной нижней поверхностей средней части кузова осуществляется при условии

где H₁ - максимальная высота верхней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м;
H₂ - соответствующая высота нижней части кузова от линии, проходящей через точки кузова с вертикальным положением касательной, м. 8. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что задняя кромка кузова выполнена выпуклой. 9. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что задняя кромка кузова выполнена прямой. 10. Транспортный модуль по п. 1, отличающийся тем, что задняя кромка кузова выполнена вогнутой.