Sabe-se que um sistema de trem está inter-relacionado e interdependente com as linhas ferroviárias, o meio ambiente e o fluxo de ar, que formam um complexo sistema de acoplamento aerodinâmico nas ferrovias.
O acoplamento e a complexidade do sistema são ainda maiores por conta das características de distribuição das linhas de trem e pela complicada topografia ao longo das linhas, especialmente dos túneis.
Com o aumento da velocidade dos trens, muitos problemas de engenharia surgiram e foram exacerbados, tais como arrasto aerodinâmico, vibração dos veículos, ondas de pressão, ondas de micropressão nas saídas dos túneis, slipstream, etc. Estes são os principais fatores que limitam a velocidade dos sistemas de trens, particularmente os sistemas de trens/túneis ferroviários.
Muitos países possuem trens ferroviários de alta velocidade, tais como o Intercity Express alemão (ICE), o japonês Shinkansen, o francês Train de Grand Vitesse (TGV) e o chinês Railway High Speed Train (CRH), etc. Alguns outros países estão tentando construir linhas férreas de alta velocidade.
Devido às enormes diferenças nas condições ferroviárias em todo o mundo, garantir a segurança e o conforto das ferrovias é a principal tarefa no projeto, construção, operação e manutenção da ferrovia.
Com o aumento da velocidade dos trens, os efeitos aerodinâmicos sobre eles pioram significativamente. Quando os trens passam uns pelos outros em túneis, por exemplo, a estrutura do veículo e a parede do túnel estão sujeitas a fortes pressões de impacto aerodinâmicas transitórias, e a amplitude da pressão pode chegar a 6 kPa (0,6 toneladas/metro quadrado).
Geralmente, os problemas com a aerodinâmica dos trens ferroviários / sistemas de túneis estão relacionados ao arrasto aerodinâmico, slipstream, efeito pistão, ondas de pressão dentro do túnel e trem, ondas de micro-pressão na saída do túnel, ruído e vibração, etc. Os fatores relacionados aos trens incluem a área da seção transversal do trem, comprimento do trem, forma da extremidade do trem, rugosidade da superfície do trem e estanqueidade do veículo, etc. Fatores relacionados ao túnel e à linha ferroviária incluem a área da seção transversal do túnel, a forma do túnel, o comprimento, a distância entre as linhas da via, o portal do túnel e o tipo de via, etc.
Alguns estudos sugerem que existe uma relação singela entre o arrasto aerodinâmico e o comprimento do nariz do trem. O arrasto diminui consideravelmente com o aumento do comprimento do nariz do trem, por conta da aerodinâmica.
A relação entre os efeitos e parâmetros aerodinâmicos e de arrasto do trem / sistema de túneis ferroviários tem sido amplamente estudada, evoluindo a cada dia, tornando as linhas férreas mais seguras e propiciando um desgaste menor dos componentes dos trens, em especial os seus rodeiros.
CBFA
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