Table of Contents

مقدمة: لماذا مادة الأيروديناميك في نظم الكهرباء

وتمثل مركبات النقل السريع الكهربائي حلاً للاحتجاج والانبعاثات في المناطق الحضرية، حيث أن هذه المركبات ذات الوزن الخفيف والبطاقات الآلية تحمل مجموعات صغيرة من الركاب على طول خطوط مرشدة مصممة، وتوفر السفر في مرحلة الطلب، ونقطة إلى نقطة، مع الحد الأدنى من التأثير البيئي، ولكن مثل جميع المركبات الكهربائية، فإن أحواض الارتفاع في الهواء تواجه تحدياً أساسياً: زيادة القدرة على الجري إلى أقصى حد.

المبادئ الأساسية للمركبات الجوية المضادة للمركبات

Drag and Its componentss

والسحب الجوي هو القوة التي تعارض حركة المركبات عن طريق الهواء، وهو يتألف أساسا من جزأين: ][ الضغط على العجلة ]FLT:1][ )السبب هو الفرق في الضغط الجوي بين واجهة المركبة وخلفها( و[الضغط على سطح المركبة ]الثابتة[ ]الضغط على سطح المركبة المبسطة[.

رفع ودوام

وفي حين أن رفع الطائرة هو عادة شاغل للطائرات، فإن المركبات البرية يمكن أن تقلل من مسارات الإطارات واستقرارها، إذ أن نظم منع انتقال العدوى تعمل عادة على مرشدين ثابتين، فإن رفعها أقل أهمية، ولكن أي قوة صعودية يمكن أن تؤثر على نوعية ركوب المركبات ومراقبتها، وبعض التصميمات تتضمن رفعا سلبيا طفيفا (قوة) لتحسين التسخين، لا سيما عندما تقطع المنحنى بسرعة أعلى، ومع ذلك، فإن الهدف الأساسي المتمثل في خفض حركة المركبات الجوية لا يزال يخفض من جرها.

أهمية المنطقة الحدودية والشعب

كما أن السحب يتناسب مع المنطقة الأمامية للمركبات )ألف(. وتحمل أحواض القاذفة الطائرة ١-٦ ركاب، بحيث تكون مقاطعتهم أقل من سيارة عادية، وتجمع منطقة جبهية صغيرة ذات معامل جر منخفض، وتنتج منطقة جر منخفضة جدا من حيث التدفق الجوي )CdA(، وهذا هو السبب في أن مركبات PRT يمكن أن تحقق كفاءة ممتازة حتى دون وضع علامات على الأنف، ومع ذلك، تثب الأنف المتحرك.

تصميمات تعزز الديناميكا الهوائية

Streamlined Body Shape

The most impactful design element is the overall shape. A teardrop-like profile, with a blunt, rounded front and a long, tapered rear, allows air to flowly around the vehicle and rejoin with minimal turbulence. Many modern PRT concepts, such as the ULTra (Urban Light Transit) and the SkyTran MagLevd, incorporate gently curved surface

الجسد الأمثل

وكثيرا ما يُغفل تحت غطاء مركبة من طراز PRT ولكنها مصدر رئيسي للسحب والرفع للسيارات التقليدية، ولأن مركبات PRT تسافر على مرشدين مرتفعين، فإن تدفق الهواء تحت المركبة يمكن أن يكون مضطربا بشكل خاص. ]

العجلات المُغلقة أو المُنصفة

فالعجلات والعجلات تبعث على الإعجاب بدر السحب، وتخلق العجلات المكشوفة أكاذيب دوارة تعطل تدفق الهواء وتنتج اضطرابا، ففي مركبات PRT، حيث تكون العجلات صغيرة في كثير من الأحيان وتعطل جزئيا، تغطيها بالمعارض السلسة أو تحرقها بالكامل داخل الجسم، يمكن أن تؤدي إلى تخفيضات كبيرة في الجر، بل إلى تنورات بسيطة للعجلات أو ضياع جزئي في المائة.

منطقة الحدود الدنيا وقلة الملامح

كما أن تخفيض طول المركبة وطولها إلى أقصى حد ممكن مع الحفاظ على راحة الركاب يقلل من المنطقة الأمامية، كما يساعد انخفاض مستوى الجاذبية على الحفاظ على الاستقرار، ويتخذ العديد من تصميمات هيئة الإذاعة البريطانية مخططا " للأماكن المتحركة " حيث يجلس المسافرون في صف واحد، مما يتيح وجود هيئة أضيق، كما أن استخدام المواد الخفيفة الوزن مثل الألومنيوم، أو ألياف الكربون، أو المركبات المتطورة، يقلل من الكفاءة.

المرايات الجانبية والاقتحامات

فالمرايات الخارجية، وهائيات السقف، ومقابض الأبواب تخلق جراً، وكثيراً ما تحل أحواض البير تي آر تي محل المرايا الجانبية بكاميرات تتدفق مع الجسم، وتسحب أو تسحب مقابس الأبواب، وحتى الممسحات الريحية يمكن أن تُخفى في الأماكن المتوقفة عند عدم استخدامها، وكل تفجر هو مصدر محتمل للجر الطفيلي.

فوائد الاستخدام الأمثل للهيرودينامي

زيادة كفاءة الطاقة وارتفاعها

أما أكثر الفوائد المباشرة فهي انخفاض استهلاك الطاقة، إذ يمكن أن تمتد مجموعة من أجهزة إعادة التأهيل وإعادة التأهيل ذات البطارية البالغة 10 كيلوواط وخط الأساس Cd البالغ 0.4، أي أقل من 0.3 درجة مئوية في إطار دورات القيادة الحضرية العادية، وهذا يعني انخفاض عدد محطات الشحن، وانخفاض تكاليف الكهرباء، وانخفاض الطلب على الشبكة، وفقاً للبحوث التي أجراها

ارتفاع سرعة التشغيل بدون عقوبة الطاقة

ويتيح تحسين الديناميات الهوائية لمركبات PRT السفر بسرعة أكبر لنفس مدخلات الطاقة، وهذا أمر حاسم للحفاظ على أوقات السفر التنافسية في الشبكات الحضرية، ويمكن أن يؤدي تخفيض السحب بنسبة تتراوح بين 10 و15 في المائة إلى زيادة السرعة القصوى دون تجاوز درجة الحرارة في المحرك، وبالنسبة للنظم القائمة على الطلب، فإن سرعة السفر تعني ارتفاع عدد الركاب وتحسين نوعية الخدمات.

انخفاض التكاليف التشغيلية والآثار البيئية

ويترجم انخفاض استهلاك الطاقة مباشرة إلى انخفاض فواتير الكهرباء، بل إن تحسين الكفاءة بنسبة ١٠ في المائة يمكن أن يوفر آلاف الدولارات لكل مركبة في السنة، وبالإضافة إلى ذلك، يقل الطلب على الطاقة عن البصمة الكربونية للنظام، وخاصة إذا كانت الكهرباء تأتي من الوقود الأحفوري، فالاستخدام في الطاقة الهوائية هو " كسب " خال من الكفاءة يدفع لنفسه على مدى عمر المركبة.

تعزيز المسافرين

إن تدفق الهواء المدخن يقلل من ضوضاء الرياح داخل الكوخ، ويخلق الهواء المشتعل حول النوافذ والمرايا ورفوف السقف دوارة دائمة تضعف تجربة ركوب الطائرة، كما أن الشكل الهوائي المصمم تصميما جيدا يقلل من تقلبات الطلاء والضغط، مما يجعل ركوب الطائرة أكثر هدوءا وأكثر راحة، وبالنسبة للشركة التي كثيرا ما تسوق كخيار زائف وها في مجال النقل العابر الهادئ، فإن هذا هو نقطة بيع رئيسية.

تحسين الاستقرار والسلامة

كما يمكن أن تؤدي الديناميات الهوائية الجيدة إلى تحسين المناولة، كما أن خفض المصعد في المقدمة والخلف لإبقاء الإطارات على اتصال ثابت بالمرشد، واتباع الحساسية المتقاطعة بين المركبتين - وهو شاغل خاص للمركبات ذات الوزن الخفيف على المسارات المرتفعة - باستخدام التنانير الجانبية، والمواسير الجانبية المثلى، بل ونظم الاستقرار النشطة، والمركبات المستقرة أكثر أمانا، ولا سيما في السرعة العليا أو في ظروف الغزيرة.

التكنولوجيات الفضائية المتقدمة والاختبارات

الديناميات الفولطية الحاسوبية

ويعتمد تطوير المحركات الحديثة على ] الديناميكية الفلورية المضغوطة (CFD) ويخلق المهندسون نماذج رقمية للمركبات ويحفزون التدفق الجوي بمختلف السرعة والزوايا والظروف المحيطة بها، ويتيح الصندوق المركزي للمركبات سرعة تسرب تغيرات التصميم - تعديل النزعة الفيزيائية، إضافة عوامل ضغط إلى تعديل الزهرة

اختبار النفق الفائز

وتتحقق اختبارات النفق الريحي المادي من نتائج الدي إف دي وآثار الإمساك بالعالم الحقيقي مثل الاضطرابات الناجمة عن الأجسام القريبة (الهياكل الأساسية المتحركة، والأوعية الأخرى) وكثيرا ما تستخدم نماذج الحجم (1:4 أو 1:3)، ولكن النماذج الأولية ذات الحجم الكامل توفر أكثر البيانات دقة، وتُحاكي الأنفاق الرياح التي تُنقل فيها طائرات أرضية (طرق الوصل) الحركة النسبية لسطح الطريق، وهو أمر هام بالنسبة للكثير من الأنفاق الجوي العالمي.

الديناميكية الهوائية النشطة

ويمكن أن تُستخدم عناصر نشطة - مفسدات قابلة للتكيف، ومكوكات رمادية، ومشغلات، وستارات جوية - في مركبات كهربائية عالية المستوى، وبالنسبة لشركة PRT، يمكن أن تتكيف الديناميات الهوائية النشطة مع الظروف السريعة والحمولة والبيئية، وعلى سبيل المثال، يمكن أن يقلل مستعمل الطاقة المتجددة من سرعة الارتداد ويزيد من قوة الارتداد أثناء التمركز.

مواد الوزن الخفيف ونهاية السطح

فالوقود الهوائية والحد من الوزن يسيران جنبا إلى جنب، إذ أن استخدام المركب مثل الألياف الكربونية المعززة لا يقلل من الكتلة فحسب، بل يسمح أيضا بتشكيلات أكثر تعقيدا من حيث القدرة على إنتاج الفلزات، كما أن الطلاء المسدود يخفض من جر الاحتكاك الجلدي (أثر صغير ولكن قابل للقياس) بل إن بعض البوليمرات المتقدمة قد تكون مستمدة من النسيجات السطحية التي تؤدي إلى إحداث انخفاض في حجمها.

دراسات الحالة: الديناميات الهوائية في النظم القائمة لمنع انتقال الإصابة من الأم إلى الطفل

ULTra PRT at London Heathrow

٥ - أما أشهر شبكة تشغيلية في العالم لمحطة مطار هيثرو، فهي شبكة " بروت " ، وهي شبكة " ULTra " ، وهي شبكة " ULTra " ، وهي شبكة " هتدرو " ، وهي شبكة يمكن أن تُنقل إلى أربعة ركاب وأن تسافر على مرشدين مكرسين في حدود ٤٠ كيلومتراً مربعاً، بينما يمكن أن تُجمع أجهزة التشغيل بسرعة كبيرة نسبياً.

SkyTran MagLev Pods

SkyTran, developed by NASA and Unimodal, is a suspended maglev PRT system. The pods are extremely light (about 600 kg) and use passive magnetic levitation. Their aerodynamic shape is reminiscent of a streamlined teardrop, with a low profile and attachedd underbody. The manufacturer claims a coefficient below 0.3, aided by the smooth

2getthere’s Group Rapid Transit (GRT)

وتقوم الشركة الهولندية 2getthere ببناء مركبات من طراز PRT وGRT، وتميزت آخر تصميماتها بعلامات متطورة للغاية، وكاميرات جانبية مجهزة بالأجهزة، وألواح تحت الجسم، وقد استخدمت هذه المركبات على نطاق واسع لتنقية شكل خفض الاستقرار وقابله، وفي التجارب التي أجريت في حديقة نوسلي للأعمال التجارية وفي الشرق الأوسط، حققت المركبات استهلاكا أقل من الطاقة مقارنة بالنماذج السابقة للملاك.

التحديات والمفاضلات في التصميم الأيرودينامي

الموازنة بين الفضاء الجوي والهوائي

وكثيراً ما تكون الأجسام الأيرودينامية مطلية، مما يمكن أن يقلل من الحجم الداخلي، ففي حالة مجموعة من المسافرين الذين يجب أن يستوعبوا أربعة أو ستة ركاب بأمتعة، يجب أن يكون الشكل الداخلي عملياً، ويستخدم المصممون أشكالاً للطيران الخفيف ، مع إبقاء المسافرين الداخليين ذوي الكفاءات العالية والضيقة، أو المتاجرة الأمثلة.

التكلفة والصناعات التحويلية

فالمنحنات المعقدة والعناصر النشطة والمواد الغريبة تزيد تكاليف الإنتاج، إذ أن نظام منع انتقال العدوى من الأم إلى الطفل لكي يكون قابلاً للتطبيق اقتصادياً، يجب أن تكون هذه القاطرات في متناول الجميع، ويختار العديد من المشغلين تصميمات أبسط للملاكمة لأنها أرخص من صنعها، وإن كانت أقل كفاءة، ومع ذلك، فإن انخفاض تكاليف البطاريات وارتفاع أسعار الطاقة، فإن الوفورات التي تحققت في العمر من الاستخدام الأمثل للهورودناميك ستبرر للاستثمارات الأعلى.

التفاعل في مجال التوجيه والهياكل الأساسية

وتسافر مركبات الطورائ المزودة بأجهزة الإرسال على مقربة من مواقع الأشعة المتحركة والمحطات وغيرها من الهياكل الأساسية، ويمكن تعطيل تدفق الهواء من جراء الهياكل القريبة، ولا سيما في الأنفاق أو الأقسام المشمولة، ويجب أن يكون تصميم المركبات الهوائية هو السبب في هذه التدفقات الخارجية، فعلى سبيل المثال، قد يشهد الشعار الذي يمر عبر محطة تغيرات مفاجئة في الضغط الذي يصف الجسم. ] آثار القفل [الزيادة المثلى في البيئة الفضائية المعزولة]

الحساسية المتبادلة

ويمكن أن تُستخدم أجهزة إعادة توجيه المركبات ذات الوزن الخفيف في شكل توائم، لا سيما في مرشدات عالية، ويمكن أن تدفع علكة قوية جانب المركبات، مما يؤثر على الراحة وحتى السلامة، ويجب أن يشمل التصميم الهوائي تنورات الجانبية، والشكل الأمثل للجسد، وأحياناً المثبتات الرأسية لتقليل حساسية السحب، ويجري البحث في نظم نشطة تكشف عن الارتداد وتضبط في الطول أو الدلائل.

الاتجاهات المستقبلية في التصميم الأيرودينامي

التكامل مع النظم المستقلة ذاتيا

ومع أن هيئة منع التعذيب تتمتع بالاستقلال التام، يمكن أن يُستفحل سلوك المركبات في الوقت الحقيقي، ويمكن لنظام مراقبة مستقل أن يُعدل السرعة، ويُباعد بين القوارب، بل ويُركب ارتفاعاً (إذا كان قابلاً للتكيف) للتقليل إلى أدنى حد من السحب الهوائي في سيناريوهات الفصيل. Platooning - قيادة معاً عن كثب في قافلة - يمكن أن يقلل المقاومة الجوية التي يمكن أن تُتُتُتُتُتُتُها إلى 20 في المائة.

النشء المثمر البيولوجي والطبيعة الملهمة

ويستكشف الباحثون الأشكال القائمة على الطيور والحيوانات البحرية وحتى الحشرات، فعلى سبيل المثال، يوجد في سمكة المربع متداخلة مع بعضها البعض، ويحققون جرا منخفضا بسبب نسيج سطحي فريد لها، ويمكن أن تؤدي طيور الحوت المطاطية (المضخات على جسورها) إلى ارتفاع حرارة على سطح المركبة(10).

تصميمات الهيئات النموذجية والتطبيقية

ويمكن أن تستخدم نظم إعادة التأهيل في المستقبل طوابق تكيف شكلها مع سرعة الرحلة والغرض منها، مثلا، يمكن أن تؤدي مجموعة السفر بسرعة عالية بين المراكز إلى توسيع ذيل قابل للسحب لتقليل الجاذبية؛ وعندما تُمارس المناورات في مراكز المدن الكثيفة، فإنها ستسحب ذيل السيارات السهلة الصعود والارتطام، وقد تؤدي هذه اللوحات إلى اختراقها في شكل عظام وسطي إلى تكيفها مع طرق مختلفة.

الدمج الحضري والجمال

كما يجب أن يلبي التصميم الهوائي التوقعات البصرية للمدن، وكثيرا ما تكون هذه الأعمدة غير مجدية ومستنارة، فالتشكيلات الهوائية التي تتلاءم بشكل جيد مع لغة التصميم الحديثة، غير أن بعض النقاد المعماريين يجادلون بأن من السلاسة جدا أن تجعل المركبات عامة، وأن الموازنة بين وظيفة الأيرودينامية وبين العلام المميزة والارتباك الفني هو تحد ينشره المصممون الصناعيون.

الاستنتاج: الدور الحاسم للبيوت الأيرودينامية في الثورة

فالنقل السريع للكهرباء يقدم رؤية مقنعة للنقل الحضري المستدام، الذي يُطلب منه، كما أن الديناميكية الهوائية ليست مجرد دراسة لاحقة - بل هي عامل تمكين أساسي من الأداء والكفاءة وراحة الركاب، ومن خلال تطبيق مبادئ التصميم المبسط، واستخدام أدوات المحاكاة والاختبار المتقدمة، وإدماج التكنولوجيات الفعالة، يمكن لمصنعي مركبات الطاقة الكهربائية أن يحققوا معاملات سحب منخفضة إلى حد أدنى من 0.2 إلى 0.3 في المائة من تكاليف استخدام الطاقة.