Investigation of the Effects of Aerodynamic Forces on Railway Vehicle Dynamics

Year 2024, , 241 - 257, 31.01.2024

Erbil Bilgin , Rahmi Güçlü

https://doi.org/10.47072/demiryolu.1400421

Abstract

Railway transportation, which has an important place among transportation modes throughout historical development, has become a preferred means of transportation for passenger transportation with the safe and comfortable travel it provides at high speeds with the advancing technology. Especially in passenger transportation, the shortening of travel times, which is a factor of preference among transportation modes, has led to the prominence of aerodynamic factors in railway vehicle development processes. Starting in 1800s, the race for speeding up in railway vehicles still continues today. In order to better investigate the effects of aerodynamic forces, which are factors in many parameters such as energy efficiency, driving safety, passenger comfort, etc., in this study, unlike the mathematical models in the literature, a complex dynamic simulation model was created by performing simulations with a complex dynamic simulation model in which both the vehicle and wind speed are variable and variable data are obtained by collecting real-time measuret data. In this study, in addition to the literature, a new approach to investigate the aerodynamic effect in railway vehicles has been introduced. As a result of the field studies and analyzes, the lateral force changes occurring at the wheel-rail contact along the determined measurement line were examined.

Keywords

Railway Dynamics, Aerodynamic Effects, Wheel-Rail contact

Aerodinamik Kuvvetlerin Demiryolu Araç Dinamiğine Etkilerinin İncelenmesi

Abstract

Taşımacılık modları arasında tarihsel gelişim boyunca önemli bir yere sahip olan demiryolu taşımacılığı gelişen teknoloji ile birlikte yüksek hızlarda sağladığı güvenli ve konforlu seyahat ile yolcu taşımacılığı için tercih edilen bir ulaşım aracı haline gelmiştir. Özellikle yolcu taşımacılığında taşıma modları arasında tercih unsuru olan seyahat sürelerinin kısaltılması demiryolu araç gelişim süreçlerinde aerodinamik unsurların ön plana çıkmasına neden olmuştur. 1800 lü yıllardan itibaren başlayan demiryolu araçlarında hızlanma yarışı halen günümüzde devam etmektedir. Enerji verimliliği, sürüş güvenliği, yolcu konforu gibi birçok parametrede etken olan aerodinamik kuvvetlerin etkilerinin daha iyi anlaşılması için birçok çalışma yürütülmektedir, bu çalışma kapsamında literatürde yer alan matematiksel modellerden farklı olarak hem aracın hem de rüzgâr hızının değişken olduğu ve değişken aerodinamik verilerin gerçek zamanlı saha ölçümleri ile toplanması, kompleks bir dinamik simülasyon modeli ile simülasyonların gerçekleştirilmesi ile oluşturulmuştur. Yapılan çalışmada literatüre ilave olarak demiryolu araçlarında aerodinamik etkinin araştırılmasında yeni bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Yapılan saha çalışmaları ve analizlerin sonucu olarak da belirlenen ölçüm hattı boyunca tekerlek ray kontağında meydana gelen kuvvet değişimleri irdelenmiştir.

Keywords

Demiryolu Dinamiği, Aerodinamik Etkiler, Tekerlek-Ray kontağı

Supporting Institution

Türkiye Raylı Sistem Araçları Sanayi AŞ (TURASAS) , TCDD DATEM , TCDD Taşımacılık AŞ

Thanks

Desteklerinden dolayı, TCDD DATEM İşletme Müdürlüğüne, TCDD Yol Bakım Dairesi Başkanlığına, TCDD Taşımacılık A.Ş. Araç Bakım Dairesi Başkanlığına ve TÜRASAŞ Genel Müdürlüğüne teşekkür ederiz.

References

• [1] C. Baker, 'A review of train aerodynamics Part 1 – Fundamentals', The Aeronautical Journal, cilt. 118, sayı. 1201, 2014.
• [2] Işık B. ve ark., “Yüksek hızlı trenlerde aerodinamik tasarımın önemi ve uluslararası standartlarda
• [3] yapılan yenilikler,” Demiryolu Mühendiliği, sayı:10, ss. 75-83, 2019.
• [4] Demiryolu uygulamaları, Demiryolu taşıtları seyir niteliklerinin kabul deneyleri - Seyir davranışlarının denenmesi ve durağan deneyler standardı , TS EN 14363+A2, 2022.
• [5] Shift2Rail, "Final Report Summary - DYNOTRAIN (Railway Vehicle Dynamics and Track Interactions Total Regulatory Acceptance for the Interoperable Network)" 2013. [Çevrimiçi]. Erişim: https://cordis.europa.eu/project/id/234079/reporting. [Erişim Tarihi: 17 Nisan 2023].
• [6] S. Giappino ve ark., “Cross wind and rollover risk on lightweight railway vehicles,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, cilt. 153, ss. 106–112, 2016.
• [7] Demiryolu uygulamaları - Aerodinamik - Bölüm 6: Yanal rüzgârlara maruziyet değerlendirmesi ile ilgili gerekler ve deney yöntemleri, TS EN 14067-6, 2022.
• [8] C.J. Baker, “The simulation of unsteady aerodynamic crosswind forces on trains,” Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, cilt. 98, ss. 88–99, 2010.
• [9] M. Metin, “Raylı sistem araçlarının modellenmesi ve titreşimlerinin kontrolü,” Yüksek lisans tezi, YTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2007.