Стал я тут для себя самообразовываться насчёт лобового сопротивления и прочих затрат энергии у транспорта.
Ну, во-первых, отмечу, что мне приводили, якобы у раздельного вагона сравнительно с поездом лишь в 2 раза выше сопротивление, но там было цилиндрическое вращающееся тело. То есть, речь о пулях и снарядах из нарезного оружия. Те при вращении испытывают сильное трение боковых поверхностей. У невращающихся тел это боковое трение будет меньше, так что разница сопротивления между вагоном и поездом (в перерасчёте на сумму вагонов) может быть и в три, и в больше раз. Но это так, к слову. Хотя, если думать о скоростях 500 км/ч, то разница будет очень даже существенной.
Во-вторых, затраты энергии двигателя возрастают в кубе с ростом скорости. То есть, если сравнить стандартную сотку в час, то до 300 км/ч затраты энергии растут в 27 раз, до 500 км/ч - в 125 раз!!!
Если сопротивление воздуха растет с квадратомВзято из документа "АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
скорости, то затраты мощности двигателя являются функцией куба скорости.
ПЛОХО ОБТЕКАЕМЫХ ТЕЛ" - легко гуглится.
Затраты энергии явно и являют главную проблему, потому что те же 500 км/ч давно даже у шинных автомобилей преодолены. Википедия
Речь не идёт о автомобилях с реактивными двигателями, а о обычных спортивных автомобилях с колёсной тягой. 500 км/ч преодолели ещё в 1937 году. А сейчас уже выпускаются даже серийные автомобили, что за 400 км/ч гоняют.
То есть, вывод, если даже на шинных не проблема преодолеть 400-500 км/ч, то проблемой является лишь затратность, а не достижение самой скорости. Если уж на шинах и без мега-идеальнго выравнивания трассы гонять можно за 400, то на рельсах да металлических колёсах - тем более не проблема, но стоит вопрос затрат. На личном авто, купленном ради адреналинчика, можно и не считать бензина, покупают такие автомобили небедные люди. Для рекорда - тем более не считают затраты. А вот для постоянного использования и ещё и заработка на этом - тут очень даже существенно стоит вопрос затрат.
В автомобилях двигатель внутреннего сгорания и очень много энергии тратится на его охлаждение. Есть понятие внутреннего сопротивления - сопротивление воздуха, что проходит через радиатор. А при двигателе внутреннего сгорания в мощной машине на высоких скоростях выделение тепла может быть таким, что можно несколько домов отапливать. Соответственно, огромные затраты воздуха на охлаждение и плохая аэродинамика из-за прохождения воздуха сквозь радиатор, а не обтекания вокруг автомобиля.
Соответственно, это всё решаемо с электродвигателями. И все современные скоростные поезда оснащаются ими. И затраты на их охлаждение - намного меньше.
Так вот, если серийные автомобили с шинами и двигателями внутреннего сгорания гоняют по 430 км/ч, то разогнать поезд на электродвигателе - не проблема. И если выпускают новые модели, которые гоняют не 330 км/ч, а 360 км/ч, то не суть, что "ах, как быстро они смогли ехать", а суть, что они могут это делать с такими же затратами энергии. Собственно, некоторые американские горки разгоняются до 240 км/ч за 5 секунд, чем показывают, что высокая скорость - не проблема. (До 500 км/ч не делают, так как там люди сидят открыто и просто встречным ветром можно повредить зрение, даже специальные очки приходится одевать, а будь закрытый модуль, разогнали бы и до 500 км/ч запросто). Да и японский поезд на магнитных подушках уже побил рекорд в 600 км/ч.
Теперь, чем отличаются планируемые скоростные движущиеся модули СТЮ от наличествующих на современных скоростных дорогах? Различия два: 1) раздельные движущиеся модули, а не составы (и это вынужденно, так как составы прогнут струны так, что придётся затраты на пути увеличивать многократно) - увеличивать толщину струн, многократно увеличивать натяжение, ставить намного чаще столбы и т.д.; 2) отсутствием "экрана" - выраженного дорожного полотна под движущимся поездом. Что даёт то и другое?
1) Раздельные модули весьма увеличивают силу сопротивление воздуха. Кто-то приводил, что (для вращающихся цилиндрических тел) сопротивление воздуха в 150-метровом составе будет лишь в два раза меньше на один вагон, чем у отдельных вагонов - из-за турбулентных потоков. Ладно, не буду цепляться к вращению тел, пусть будет даже в два раза экономия.
Итак, при скорости в 300 км/ч сравнительно с 100 км/ч, затраты энергии на отдельный вагон вырастут в 27 раз - 3 в кубе, а в составе - в 13,5 раз, при 400 км/ч затраты на вагон выше в 64 раз, на состав - в 32 раза, при 500 км/ч - в 125 раз, а для состава - в 62,5 раза. Существенна ли эта экономия? Очень существенна! Если мы будем тратить на десять киловатт на движение вагона, а 1250 киловатт, то какой мощности должны стоять двигатели, сколько они будут весить и какова будет стоимость километра проезда? И тут не 1250-киловаттный двигатель, а 6250-киловаттный - очень существенная разница. Да даже если брать не куб затрат от скорости, а квадрат, то и 250-киловаттный двигатель и 125-киловаттный - это огромная разница в двигателях, в их весе и в затрате энергии.
Так что отдельный вагон или состав - весьма существенно будет на высоких скоростях.
Я, опять же, исхожу из того, что "Если сопротивление воздуха растет с квадратом
скорости, то затраты мощности двигателя являются функцией куба скорости."
Теперь пункт 2) отсуствие "экрана". На этом очень любят обострять внимание сторонники СТЮ. Мол, экранирование это очень влияет на затраты энергии. Вникал я в этот вопрос.
Тут стоит вопрос про двое вещей: подъёмная сила и донное либо индуктивное сопротивление. Подъёмная сила - существенная вещь для автомобиля, поскольку сильно ухудшается сцепление с поверхностью дороги плюс уменьшается стабильность. (Для самолётов же подъёмная сила - в радость, так как отрываются от пути вообще и парят с высокой скоростью, гораздо высшей, чем у колёсного транспорта. Но это так, к слову) Решаема ли проблема с подъёмной силой. Цитирую:
"Конструкторы стремятся всякими ухищрениями свести ее к нулю, и частенько это им удается. Так, например, у "десятки" нулевая подъемная сила, а у "восьмерки" существует тенденция к подъему"Если уж у десятки умудрились это сделать, то думаю, что и у специально разработанных для скорости машин тем более смогут. В частности, установка антикрыльев, благодаря каким прижимают транспорт к дороге.
Опять же, это существенно для относительно лёгких автомобилей, для тяжёлого же состава бояться какого-то серьёзного отрыва от рельсов за счёт подъёмной силы, думаю, не стоит.
А что с донным трением и индукционным сопротивлением?
Возникновение индуктивного сопротивления у легкового автомобиля объясняют аналогией его с крылом конечного размаха. Из-за разности давлений на поверхности легкового автомобиля и под ним образуется вихри, сбегающие с задних кромок кузова. Эти вихри индуцируют вертикальные скорости потоков. Индуцированные скорости вызывают появление скоса воздушного потока у модели, следовательно, и составляющей подъемной силы - индуктивного сопротивления. Величина индуктивного сопротивления составляет 7-10 % от общего аэродинамического сопротивления.
Итого, индукционное сопротивление (в основном эти вихри образуются у дна) - лишь 7-10%.
Донное же сопротивление (этот термин где смешивают с индукционным, а где разделяют) - до 10% от общего аэродинамического сопротивления автомобиля.
Итого, если даже объединить эти термины, получим до 15-17%, если же это синонимы - до 10% от общего аэродинамического сопротивления. (По моему, это всё же синонимы)
Далеко не такой уж и огромный вклад в сопротивление. Гораздо большую играет роль интерференционное сопротивление, внутреннее (на охлаждение двигателя), и поверхностное (трение). Экран этот составляет далеко не половину аэродинамического сопротивления.
А вот разделение на отдельные модули увеличивает сопротивление в два раза. Так что гораздо выигрышнее было бы ради аэродинамики соединить в состав эти отдельные модули, чем избавиться от полотна под поездом. Но соединять в состав - затратно, это узкое место всей технологии СТЮ.
Так что, боюсь, 500 км/ч с приемлемыми затратами для СТЮ - скорее утопия.
