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如果把高铁的座位都换成动感单车,让乘客骑车提供动力,高铁能开多快?

本帖由 漂亮的石头2023-06-11 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    CR400AF 轴重 17 吨,8 节车厢,那么总重大约是 17 x 4 x 8 = 544 吨,定员 576 人,那么平均每人大约是 1 吨。

    差不多就是你骑一吨的自行车能达到的速度。

    考虑到车厢里可能可以放的动感单车比座位更少一些。。。


    我想起一件事,铁轨版动感单车这玩意我是玩过的。。

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    下坡非常爽,上坡非常累,5 公里的路,下坡大概是 15 分钟,基本不用花力气,踩刹车就是了,上坡踩了要有 45 分钟,主要中间还休息了几次。不过这车本身到不了一吨,真要一吨上坡可能会踩死人吧


    较真的来了,等的就是你

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    那我就花点时间给你算下平地阻力,刚好我刚工作的时候是写列车动力学模拟算法,手上还有陈年老数据,这是法国 TGV-R 的阻力参数(公开数据)

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    我解释一下三项参数的意义,A 是固定的滚动阻力,B 是机械阻力,来自运动部件,C 是空气阻力,1daN = 10N,Tonne 是吨,这里的参数是每吨参数,不是总参数。

    这是车重:

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    假设车速最终需要达到 10km/h,那么需要克服的阻力是(0.601 + 0.0793 * 10 + 0.0001226 * 10²) * 416 = 288 daN = 2.88kN。阻力的功率是 10 / 3.6 * 5.85 = 8kW

    根据评论区的一条评论:

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    因为上肢不参与输出,所以如果车速要达到 10km/h 那么需要 16.25kW / 0.5 = 大约 16 名乘客同时发力,看来速度还可以提高很多!

    丢进 wolframalpha 里面算下!

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    答案是 97,有点略离谱啊?谁帮我看看哪里算错了?

    人类骑自行车功率有多大?


    对照了 TGV 的牵引力速度曲线图貌似没有算错什么。。。100km/h 的时候阻力大约是 10kN 左右,那么要克服的阻力功率就是 10kN * 100 / 3.6 大约是 277kW

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    如果按照其他答案说的,把人的功率设定在 100w 附近,得到的结果就合理多了。虽然自行车在平路上到 40km/h 已经是相当快,但是考虑车厢的减阻效果也算是可以解释。

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    但第二个问题是这只是平路上的计算,如果上坡,因为车厢自重较大,阻力会迅速上升(见上图红线),所以这车基本只能走平路

    上图中的坡度是千分之 35,这个是国内高铁的最大坡度


    不少留言说都人力了那么牵引这块可以拆掉不少东西减重

    首先我不太清楚每个组件的重量,这是最大问题

    其次的话我还是有些简单的思路的

    可以拆除的东西有:

    受电弓、高压母线,主变

    可以减配的东西有:牵引电机、牵引逆变器

    需要增加的东西有:储能装置,可以是电池或者电容,动感单车发出的电需要先储存在电池或者电容,所以还需要一个电源电路,将储能装置中的能量以恒压方式供应给牵引回路

    考虑到踩单车过程中会大量出汗和发热,所以空调系统没法拆(此外维持空调系统运行需要分去一部分功率,功率大小未知)

    制动系统没法取消,而且因为需要通过人力维持制动风,这里又会分去一部分功率

    这里有个好处是由于安装了储能系统,所以这台车同样可以实现动能回收制动,这样在上坡的时候可以轻松一些啦


    除了采用电传动方案还可以采用液压传动,但这个不是我的专业,从效率上来说液压传动比电传动要低。但不管怎么样,不可能和单独一台自行车那样设计简单,因为几百人同时踩纯机械传动就要解决同步的问题,要避免这个问题就只能用一种非机械传动的方式去解耦。


    评论区有从业人员 @纳兰若水 用不同方法也算了下,阻力功率应该问题不大了,看来主要取决于人功率是否取得合理了。

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