Gabrielli diyagramı - von Kármán

Gabrielli - von Karman diyagramıdır a, diyagramıdır karşılaştırılmasına olanak sağlar taşıma enerji verimliliği .

Bu grafikler 1950'de Theodore von Kármán ve Giuseppe Gabrielli tarafından farklı ulaşım araçlarının verimliliğine ilişkin makalelerinde geliştirildi .

Tanım

önsöz

Mekanik enerji (veya çalışma ) bir uygulanmasından sonuçlanan kuvvet belirli bir mesafe boyunca. Günlük dilde, enerjiyi elde etmek için kuvveti mesafeyle çarparız . Ayrıca bu enerjinin bu mesafeye bölünmesi bir kuvvete, yani ilerlemeye karşı bir direnç kuvvetine eşdeğerdir. Açısından birimleri , bölünmüş eşit bir uzaklıkta enerji bölmek bir güç bir yan hızı .

Örneğin, bir enerjinin mesafeye bölünmesine tekabül eden bir büyüklük olan 15 kWh / 100 km'lik küçük bir elektrikli otomobilin tüketimi , bu nedenle 540 Newton'luk bir kuvvete eşdeğer olacaktır .

Tanım

Gabrielli - von Karman diyagramı özgül direncini temsil eder (not , Yunan harfi epsilon "etkinlik" için) bir fonksiyonu olarak , araç hızı ve ağırlıkça (bir ürünü olduğu, kütle ile ağırlık ). $\ epsilon$ $v$ $M$ $g$

Gabrielli ve von Kármán, aracın özgül direncini, maksimum gücün aracın ağırlığına (yükü ile birlikte) oranı ile maksimum hızının çarpımı olarak tanımladı : ${\ görüntü stili P_ {maks}}$ ${\ displaystyle M \ cdot g}$ $V_ {maks}$

{\ displaystyle \ epsilon = {\ frac {P_ {maks}} {M \ cdot g \ cdot V_ {maks}}}}

Bu son denkleme göre yeniden yazılabilir . Önsöze göre, bir sürtünme kuvvetine eşittir , şu şekilde gelir: ${\ displaystyle \ epsilon = {\ frac {\ frac {P_ {max}} {V_ {max}}} {M \ cdot g}}}$ ${\ displaystyle {\ frac {P_ {max}} {V_ {max}}}}$ ${\ görüntü stili R_ {Vmax}}$

{\ displaystyle \ epsilon = {\ frac {R_ {Vmax}} {M \ cdot g}}}

Ağırlıkla aynı birime sahip olan sürtünme kuvveti , özgül direncin boyutsuz olduğunu takip eder . Gabrielli ve von Kármán tarafından dikkate alınan özgül direnç ( özgül çekme kuvveti ), bu nedenle maksimum hızdaki (çekiş kuvvetine veya itmeye eşit) sürtünme kuvvetinin aracın ağırlığına oranıdır . ${\ görüntü stili R_ {Vmax}}$ ${\ displaystyle M \ cdot g}$

Daha spesifik uygulamalar

Gemi mimarisinde, geminin sürüklenmesi ve yüklü yer değiştirmesinin nerede olduğunu yazabiliriz . ${\ displaystyle \ epsilon = {\ frac {R_ {Vmax}} {\ Delta}}}$ ${\ görüntü stili R_ {Vmax}}$ ${\ displaystyle \ Delta = M \ cdot g}$

Havacılıkta genellikle incelik dediğimiz tersini kullanırız . Bu inceliğe değer: Kaldır / Sürükle. Maksimum hızda, buna değer , ağırlık (ve dolayısıyla asansör) ve bir sürükle. $\ epsilon$ ${\ displaystyle {\ frac {M \ cdot g} {R_ {Vmax}}}}$ ${\ displaystyle M \ cdot g}$ ${\ görüntü stili R_ {Vmax}}$

sınırlamalar

Bu diyagram, taşıma araçlarının ağırlığına, maksimum kurulu gücüne ve maksimum hızına dayanmaktadır. Şunları dikkate almaz:

seyir hızında uygulanan güç yüzdesi (MCR, maksimum sürekli derecelendirme );
genel tahrik katsayısı (OPC ), motor, şanzıman ve tahrik verimliliği;
pazar kütlesinin toplam kütleye oranı, bu veriler genellikle yazarlar tarafından bilinmiyor;
ulaşım altyapısına (limanlar, havaalanları, demiryolları/istasyonlar, yollar) ve aracın yaşam döngüsüne (üretim, bakım, yıkım / geri kazanım) dahil olan somutlaştırılmış enerji .

Gabrielli ve von Kármán tarafından yapılan veri toplama çalışması, bu nedenle, aracın kendisini hareket ettirmek için gereken enerjinin ve faydalı yükü hareket ettirmek için gereken enerjinin etkili bir değerlendirmesinden yoksundur. Aslında, iki yazar, incelenen araçların ne yükünü ne de seyir hızını toplayamadı.

Bu nedenle, bu grafik, yapısı 1000 kg çok ağır olacak ve bu fazlalığı telafi etmek için on yolcuyu daha az (bagajlarıyla birlikte) taşıyacak kötü tasarlanmış bir araçta, artan yük veya yolcu taşımasına bir avantaj sağlamaz . ) on yolcu daha taşıyan daha iyi tasarlanmış bir araçla aynı genelleştirilmiş düzgünlüğe sahip olacaktır .

Ayrıca Trancossi, bu genelleştirilmiş incelik kavramının bile nakliyeden kaynaklanan tüm maliyetleri (örneğin, demiryolu ile nakliye, demiryolu ekipmanlarının, rayların, istasyonların yapım maliyetinin yanı sıra bunların bakımı, Ömrünü tamamlamış malzemelerin sökülmesi ve geri dönüştürülmesi).

Bu çeşitli nedenlerle, bu diyagram, taşınan kişi başına tüketimin doğrudan bir göstergesini vermemektedir (bkz. yolcu-kilometre ).

Ayrıca, özellikle elektrikli araçlar söz konusu olduğunda , enerjinin doğası, yani birincil mi yoksa nihai enerji mi olduğu hakkında bilgi edinmek de gereklidir (bkz. Gri enerji # Elektrik ).

Faiz

Spesifik direnç (veya tersi), hızın bir fonksiyonu olarak temsil edilir, çünkü ikincisi, değerinde baskın bir rol oynar (şemaya bakınız).

Yukarıdaki şemada, Havacılıkta yapılanlar üzerine modellenen Toplam Ağırlık / Maksimum Sürükleme oranına incelik denir . Bu oran, dikkate alınan taşıma modlarının her birinin verimliliğini temsil eder, bu verimlilik birimden çok daha yüksek olabilir .

Grafik (2004 güncellendi), trenlerin ve ticari gemilerin arabalara ve uçaklara kıyasla daha iyi verimliliğini gösteriyor .

Aynı diyagrama bakıldığında, "ticaret gemileri", " vapurlar " ve "sayı olarak kruvaziyer gemileri" nin toplam incelik eğrilerinin birbirinin devamı halinde olduğu görülmektedir. Ek olarak, aynı taşıma modu için (örneğin trenler), hızdaki artış inceliği azaltır ( aerodinamik sürtünmedeki artıştan dolayı ). Bu fenomen, Concorde'un inceliği önemli ölçüde düşük olan uçaklar için de geçerlidir. Son olarak, bir TGV Dubleksinin düzgünlüğü, büyüklük sırasına göre, ticari uçaklarınkinden dört kat daha fazladır.

Notlar ve referanslar

(fr) Bu makale kısmen veya tamamen alınır İngilizce Vikipedi başlıklı makalesinde “ von Karman - Gabrielli diyagramı ” ( yazarların listesini görmek ) .

Notlar

Gerçekten de, pay ve paydanın aynı süreye bölünmesiyle hiçbir şey değişmez.
Bu noktada, Papanikolaou'ya göre ticari incelik diyagramı ilerleme sağlayabilir.
Bu indüklenen maliyetlerin tahmini için, Trancosi'ye göre bu şemaya bakınız .
Birim verimliliği veya birimden daha düşük olması, dikkate alınan ulaşım araçlarının çok düşük performansını bile temsil eder.

Referanslar

(in) G. Gabrielli , " Hangi fiyat hızı? Araçların tahriki için gerekli özel güç ” , Makina Mühendisliği , n o 72,1950, s. 775-781 ( çevrimiçi okuyun ).
(in) "Hangi Fiyat Hızı - Yeniden Ziyaret Edildi" , Demiryolu Araştırma Grubu, Imperial College, Ingenia , n o 22 Mart 2005 ( diyagramlı pdf versiyonu ).
Springer Robotik El Kitabı , ed. Bruno Siciliano ve Oussama Khatib , Springer, 2008, ( ISBN 978-3-540-23957-4 ) , DOI : 10.1007 / 978-3-540-30301-5 , s. 385-386 .
örnek için Mekanik The Varyasyon İlkeleri ile Cornelius Lanczos ( ISBN 978-0-486-65067-8 ve 0-486-65067-7 )
(içinde) " Yararlı veriler - Cambridge deposu " [PDF] , Cambridge Üniversitesi , s. 328.1 kWh / 100 km 36 N olduğundan, 15 kWh / 100 km 540 N'dir.
(in) " Araçların Enerjik Performans " [ "araçların enerji performansı"] [PDF] üzerine neodymics.com
(in) JL Radtke, " Taşıtların Energetic Performance " , The Open Fuels & Energy Science Journal , Cilt. 1, n o 1,ekim 2008, s. 11-18 ( özet , çevrimiçi okuyun [PDF] , erişildi 4 Haziran 2020 ) : “ Gabrielli ve von Kármán faydalı yük ağırlığı yerine brüt araç kullandılar çünkü“ araçların faydalı yükü ile ilgili kesin bilgi yazarlara mevcut değildi.” "
(in) Michele Trancossi, " Hızın fiyatı nedir? Taşıma modlarının yapısal optimizasyonu yoluyla kritik bir revizyon ” , Uluslararası Enerji ve Çevre Mühendisliği Dergisi , cilt. 7, n o 4,10 Şubat 2015( çevrimiçi okuyun , 4 Haziran 2020'de danışıldı ).
Apostolos Papanikolaou, Gemi tasarımı: ön tasarım metodolojileri , Springer, 16 Eylül 2014, 628 sayfa.
Trancossi, Hızın fiyatı nedir? 2015 .
(in) trainsnboatsnplanes.files.wordpress.com'da hızın fiyatı

Şuna da bakın:

İlgili Makaleler

Tekerlek rayı yapışması
Otomotiv aerodinamiği
Yuvarlanma direnci , " Yuvarlanma direnci katsayısı" bölümü
Kilowatt-saat , “Elektrikli araç tüketimi” bölümü
Ulaşımda enerji verimliliği

Dış bağlantılar

trainsnboatsnplanes.files.wordpress.com'daki grafik