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", Москва, Машиностроение, 1987, стр.32).

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

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

Однако 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 уплотненной. Для связи с рельсовым путем в нижней части кузова размещены колеса, установленные в два ряда. Движение транспортного модуля обеспечивают установленные в кузове привод с системой управления (Журнал "Эврика" 3, 1998, стр.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 кузове 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, причем образующие поверхности задней конусообразной части кузова имеют разную степень кривизны в горизонтальной и вертикальной 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.мак} - площадь максимального поперечного сечения средней части кузова, м.

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 боковые поверхности средней части кузова выполнены с отрицательной кривизной.

Указанный результат достигается также тем, что нижняя поверхность средней части кузова выполнена с отрицательной кривизной.

Указанный результат достигается также тем, что кривизна образующих поверхности задней конусообразной части кузова в горизонтальной плоскости больше их кривизны в вертикальной плоскости, при этом вершина задней конусообразной части кузова выполнена в форме клина, ребро которого образует заднюю кромку кузова, расположенную в вертикальной плоскости.

Указанный результат достигается также тем, что кривизна образующих поверхности задней конусообразной части кузова в вертикальной плоскости больше их кривизны 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 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, имеющей 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 горизонтальной плоскости большей, чем их степень кривизны в вертикальной плоскости, позволяет сформировать на задней части кузова клиновидный профиль с вершиной на задней кромке, лежащей в вертикальной плоскости, и обеспечить в этой плоскости стабилизацию транспортного модуля по направлению траектории движения.

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.

Выбор длины средней части кузова и расстояния между рядами колес 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 относительному удлинению передней и задней частей кузова, размер которых становится соизмеримым с длиной средней части, и, как следствие, к появлению динамической неустойчивости, что при боковых порывах ветра может привести к сходу модуля с рельсового пути. При увеличении значения этого отношения за указанные пределы кузов транспортного модуля вытягивается в длину, а форма средней части кузова приближается к цилиндрической, что приводит к увеличению площади боковой поверхности и, соответственно, к увеличению аэродинамического сопротивления.

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


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.

При выполнении боковых поверхностей средней части кузова транспортного модуля с отрицательной кривизной их вогнутая форма позволяет, при оптимизации использования внутреннего объема кузова, уменьшить площадь его фронтальной поверхности (миделя) и, соответственно, силу сопротивления воздуха.

Выполнение нижней поверхности средней части кузова с отрицательной кривизной позволяет уменьшить максимальную высоту кузова, не изменяя оптимизированного профиля верхней части кузова, что приводит к уменьшению максимальной площади поперечного сечения и, соответственно, к снижению лобового и бокового аэродинамического сопротивления. Кроме того, в результате указанного выполнения нижней поверхности средняя часть кузова будет приподнята над рельсами и путевой структурой, что, как показали испытания, положительно скажется как на снижении коэффициента аэродинамического сопротивления, так и на снижении уровня шума при высоких скоростях движения 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 в проекциях представлены: на фиг. 1а, 1б, 1в - 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.6 - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого с отрицательной кривизной боковых поверхностей средней части кузова; на фиг.7 - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого с отрицательной кривизной нижней поверхности средней части кузова; на фиг.8а, 8б, 8в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого с кривизной образующих поверхности задней конусообразной части кузова в вертикальной плоскости больше их кривизны в горизонтальной плоскости; на фиг.9а, 9б, 9в - высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого с кривизной образующих поверхности задней конусообразной части кузова в горизонтальной плоскости больше их кривизны в вертикальной плоскости; на фиг.10 - двухкорпусной высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого; на фиг.11 - трехкорпусной высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого.

Высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы Юницкого состоит (фиг.1а, 1б, 1в) из кузова 1 обтекаемой формы с сопряженными сферообразной передней 2, каплеобразной средней 3 и конусообразной задней 4 частями. Нижняя поверхность 5 средней 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.

Длина L₁ средней 3 части кузова между точками линий сопряжения поверхностей передней 2 и задней 4 частей кузова с нижней поверхностью 5 средней части кузова при выбранном расстоянии L₂ между рядами колес 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 10 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 кузова (фиг. 4а, 4б, 4в) по отношению к площади S_{сред. макс.} максимального поперечного сечения средней 3 части кузова 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 11 и 11¹ при сопряжении соответственно каплеобразной верхней 12 и уплощенной нижней 5 поверхностей средней части 3 кузова (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.

Боковые поверхности 13 средней 3 части кузова 1 (фиг.6), выполненные с отрицательной кривизной, обеспечивают оптимизированное обтекание кузова 1 набегающими воздушными потоками.

Нижняя поверхность 5 средней 3 части кузова 1 (фиг.7), выполненная с отрицательной кривизной, обеспечивает оптимизацию обтекания кузова 1 набегающими воздушными потоками и снижает уровень шума.

Задняя кромка 14, образованная за счет разной степени кривизны образующих поверхности задней 4 конусообразной части кузова 1 может быть расположена в горизонтальной (фиг.8а, 8б, 8в) или вертикальной (фиг.9а, 9б, 9в) плоскостях и иметь прямую (фиг.8б, 9б), выпуклую (фиг.8а, 9а) или вогнутую (фиг. 8в, 9в) форму. При стремлении к бесконечности радиуса кривизны образующих в одной из плоскостей кривизна может выродиться в прямую линию (фиг.8в, 9в), определяя максимальную ширину задней кромки 14.

Движение транспортных модулей в транспортной системе Юницкого осуществляется со скоростями 300 км в 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 поток равномерно, без отрывов, обтекает сопряженные переднюю 2 сферообразную и среднюю 3 каплеобразную части кузова 1 (фиг.1a, 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 горизонтальной плоскости большей или меньшей, чем их степень кривизны в вертикальной плоскости (фиг.8а, 8б, 8в, 9а, 9б, 9в), сформированный на клиновидном профиле воздушный поток, сходя с задней кромки 14, оказывает стабилизирующее воздействие на транспортный модуль в одной из ортогональных плоскостей, линия пересечения которых совпадает с траекторией движения.

Выбранная форма кузова 1 транспортного модуля, обеспечивающая высокие значения скоростей, развиваемые в транспортной системе, определяет 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 L₁/L₂=2,5 (фиг.1a) 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, меньшим, чем L₁/L₂=1 (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, большим, чем L₁/L₂=10 (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 L₃/L₁=0,3 и L₄/L₁=0,4 (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, чем L₃/L₁= 0,1 (фиг.2б) и L₄/L₁=0,2 (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, чем L₃/L₁=0,5 (фиг.2в) и L₄/L₁=0,75 (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 10 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 10 на задней 4 части кузова, через которые проходит указанная линия, определяется условием

При среднем значении отношения L₅/L₁=0,3 (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, чем L₅/L₁=0,05 (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, чем L₅/L₁=0,5 (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 12 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 S_зад/S_{сред. макс.}=0,5 (фиг.4а) удается достаточно просто получить оптимальное значение коэффициента аэродинамического сопротивления, учитывая ограничения на габаритную длину транспортного модуля.

В случае выбора значения отношения больше, чем S_зад/S_{сред. макс.}=0,75 (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 S_зад/S_{сред. макс.}= 0,2 (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 11 и 11¹ кузова с вертикальным положением касательной (фиг.5а, 5б, 5в).

Учитывая, что реально высокоскоростной транспортный модуль может использоваться как для пассажирских перевозок, так и для перевозок грузов различной плотности, указанное отношение определяется условием

Одним из оптимальных условий для выполнения кузова 1 транспортного модуля, предназначенного для пассажирских перевозок, представляется Н₂/Н₁=0,5 (фиг. 5а). При этом условии достаточно легко регулируются требования, предъявляемые к транспортному модулю с точки зрения эргономики и получения оптимального значения коэффициента аэродинамического сопротивления.

Выполнение транспортного модуля, например, для перевозки грузов большой плотности с отношением меньше Н₂/Н₁=0,1 (фиг.5б) представляется нецелесообразным из-за значительного отклонения от формы кузова, обладающей наименьшим коэффициентом аэродинамического сопротивления.

Выбор значений отношения больше Н₂/Н₁=0,9 (фиг.5в) затрудняет размещение колес 7 в корпусных нишах, что также отрицательно сказывается на аэродинамических характеристиках транспортного модуля.

На величину сопротивления воздуха движению транспортного модуля, наряду с коэффициентом аэродинамического сопротивления, большое значение оказывает и площадь его фронтальной поверхности (мидель).

Для уменьшения площади лобовой поверхности и, соответственно, улучшения аэродинамических характеристик боковые поверхности 13 средней 3 части кузова 1 (фиг.6) выполняются с отрицательной кривизной, что одновременно позволяет оптимизировать использование внутреннего объема кузова транспортного модуля.

Снижению максимальной площади поперечного сечения и, соответственно, высоты кузова 1, лобового и частично бокового аэродинамического сопротивления способствует также выполнение нижней 5 поверхности кузова с отрицательной кривизной (фиг.7), т.е. приподнятой над путевой структурой.

Вогнутая форма нижней поверхности 5 средней части 3 кузова 1 при движении транспортного модуля приводит также, как показали аэродинамического испытания, к улучшению коэффициента аэродинамического сопротивления и к снижению уровня шума при высоких скоростях движения транспортного модуля.

Разная степень кривизны образующих поверхности задней 4 части кузова 1 приводит к формированию в горизонтальной (фиг.8а, 8б, 8в) или вертикальной (фиг. 9а, 9б, 9в) плоскости клиновидного профиля с вершиной на задней кромке 14 кузова 1. Сход воздушного потока с клиновидной поверхности задней 4 части обеспечивает стабилизацию транспортного модуля в одной из плоскостей по направлению траектории движения. При этом различия в степени кривизны влияют также и на формообразование самой задней кромки 14, которая при различной ширине может иметь прямую (фиг.8б, 9б), выпуклую (фиг.8а, 9а) или вогнутую (фиг. 8в, 9в) форму. Возможно вырождение кривизны образующих поверхности задней 4 части кузова 1 в прямую линию (фиг.8в, 9в), приводящее к (формированию задней кромки 14 с максимальной шириной и, соответственно, оказывающей максимальное стабилизирующее воздействие на транспортный модуль.

В случае необходимости транспортный модуль может быть выполнен (фиг.10, 11) состоящим из двух и трех кузовов, имеющих аналогичную форму.

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, а именно к кузовам транспортных средств, характеризующихся обтекаемыми формами. В заявленном модуле кузов имеет плавно сопряженные между собой сферообразную переднюю, каплеобразную среднюю с уплощенной нижней поверхностью и конусообразную заднюю части. При этом задняя конусообразная часть кузова выполнена с образующей знакопеременной кривизны, а образующие поверхности задней конусообразной части кузова имеют разную степень кривизны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Для снижения коэффициента аэродинамического сопротивления и повышения динамической устойчивости предложены определенные соотношения размеров элементов кузова. Транспортный модуль позволяет повысить энергетические показатели транспортной системы при повышенной динамической устойчивости. 5 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Высокоскоростной транспортный модуль транспортной системы, содержащий кузов обтекаемой формы с плавно сопряженными между собой сферообразной передней, каплеобразной средней с уплощенной нижней поверхностью и конусообразной задней частями, а также установленные в нижней части кузова колеса, отличающийся тем, что задняя конусообразная часть кузова выполнена по образующей, имеющей знакопеременную кривизну, а ее поверхность отрицательной кривизны имеет клиновидный профиль, ребро которого образует заднюю кромку кузова, при этом длины передней, средней и задней частей кузова связаны между собой соотношениями
0,1≤L₃/L₁≤0,5;
0,2≤L₄/L₁≤0,75,
а линия сопряжения поверхностей противоположной кривизны находится от линии сопряжения средней и задней частей кузова на расстоянии, ограниченном соотношением
0,05≤L₅/L₁≤0,5,
где L₁ - длина средней части кузова между линиями сопряжения передней и задней частей с нижней уплощенной поверхностью средней части кузова, м;
L₃ - длина передней части кузова от крайней передней точки кузова до линии сопряжения передней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м;
L₄ - длина задней части кузова от крайней задней точки кузова до линии сопряжения задней части с уплощенной нижней поверхностью средней части кузова, м;
L₅ - расстояние от линии сопряжения поверхностей противоположной кривизны задней части кузова до линии сопряжения средней и задней частей кузова, м. 2. Транспортный модуль по п.1, отличающийся тем, что длина средней части кузова и расстояние между рядами колес связаны соотношением
1≤L₁/L₂≤10,
где L₂ - расстояние между рядами колес, м. 3. Транспортный модуль по п.1 или 2, отличающийся тем, что площадь максимального поперечного сечения средней части кузова и площадь максимального поперечного сечения задней части кузова связаны соотношением
0,2≤S_задн/S_ср≤0,75,
где S_задн - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м²;
S_cp - площадь максимального поперечного сечения задней части кузова, м². 4. Транспортный модуль по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что сопряжение верхней и уплощенной нижней поверхностей каплеобразной средней части кузова осуществляется при условии
0,1≤H₂/H₁≤0,9,
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. 5. Транспортный модуль по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что боковые поверхности средней части кузова выполнены с отрицательной кривизной. 6. Транспортный модуль по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что нижняя поверхность средней части кузова выполнена с отрицательной кривизной.