EN 14067 Zastosowania kolejowe – aerodynamika

Norma europejska „EN 14067 Zastosowania kolejowe – Aerodynamika” składa się z następujących podrozdziałów opublikowanych pod tym samym tytułem:

• Norma „EN 14067-1 Część 1: Symbole i jednostki” ma zastosowanie w dziedzinie aerodynamiki w zastosowaniach kolejowych. Norma ta definiuje symbole i jednostki stosowane we wzorach i obliczeniach z zakresu aerodynamiki. Definicje podane w niniejszej normie wyjaśniają symbole i klasyfikują jednostki. Symbole te mogą jednak mieć inne znaczenie w różnych obszarach zastosowań. Dodatkowe symbole powinny być definiowane w zależności od zastosowania.

Niniejsza norma zapewnia jednolitość badań inżynieryjnych, symulacji, testów i dokumentacji w dziedzinie aerodynamiki kolejowej. Ma ona zastosowanie do aerodynamiki w zastosowaniach kolejowych. Definiuje ona następujące zagadnienia:

• Symbole kluczowe (np. dla prędkości, ciśnień, sił, współczynników, pól odniesienia, gęstości)
• Odpowiednie jednostki fizyczne
• Zasady ich stosowania w równaniach

Norma ta ułatwia jasną komunikację między producentami, zarządcami infrastruktury, laboratoriami badawczymi, jednostkami certyfikującymi i badaczami zajmującymi się kolejami dużych prędkości, kolejami konwencjonalnymi, wpływem wiatru bocznego, aerodynamiką tuneli, przepływem powietrza, falami ciśnienia i obciążeniami aerodynamicznymi poprzez standaryzację reprezentacji.

Norma nie zawiera szczegółowych wartości granicznych, procedur testowych ani wymagań dotyczących wydajności; kwestie te omówiono w innych sekcjach tej normy.

Inżynierowie i badacze odwołują się do tej normy w następujących sytuacjach:

• Podczas pisania kodu symulacyjnego (obliczeniowa mechanika płynów)
• Podczas raportowania wyników testów w tunelu aerodynamicznym lub na pasie startowym
• Przygotowując specyfikacje techniczne lub dokumenty przetargowe
• Sprawdzanie zgodności z wymaganiami specyfikacji interoperacyjności technicznej w zakresie aerodynamiki.
• Norma „EN 14067-2 Część 2: Aerodynamika na torach otwartych” definiuje zjawiska fizyczne specyficzne dla aerodynamiki kolejowej i zawiera zalecenia dotyczące dokumentowania testów. Producenci lokomotyw muszą znać współczynnik oporu powietrza pociągów, aby zapewnić optymalną moc swoich lokomotyw. Firmy kolejowe potrzebują tych informacji również do obliczania rozkładów jazdy i zapotrzebowania na energię, określania typu lub liczby lokomotyw potrzebnych do danego składu pociągu oraz do podejmowania decyzji o zakupie sprzętu.

Chociaż opór powietrza wytwarzany przez pociąg jest zazwyczaj głównym składnikiem oporu, trudno jest go oddzielić od innych składników, dlatego w tej sekcji należy uwzględnić również terminy nieaerodynamiczne.

Opór ruchu jest wyrażany za pomocą standardowego wzoru, mającego zastosowanie do wszystkich typów pociągów. Ponadto metody pomiaru stosowane do wyznaczania oporu ruchu pociągu, prowadzące do odpowiedniego wzoru, są zdefiniowane i opisane w oddzielnym dokumencie (WI 00256127).

Norma EN 14067-2 obejmuje następujące zagadnienia:

• Pociągi dużych prędkości i pociągi konwencjonalne
• Certyfikacja i ocena pojazdów szynowych.
• Zarządcy infrastruktury i urzędnicy kolejowi
• Potencjalnie lżejsze pojazdy (tramwaje, metro) w odpowiednich sytuacjach

Główne efekty aerodynamiczne brane pod uwagę na otwartych torach to:

• Skok ciśnienia czołowego (tymczasowa zmiana ciśnienia odczuwalna, gdy dwa pociągi się wyprzedzają lub gdy pociąg mija zwrotnicę na poboczu torów)
• Spływ (prędki strumień powietrza, który tworzy się wokół i za poruszającym się pociągiem, stwarzając zagrożenie dla pracowników torowiska i lekkich obiektów)
• Cechy przepływu czuwania
• Zmiany ciśnienia wpływające na pasażerów (na przykład przy otwartych oknach lub podczas otwierania drzwi)
• Siły aerodynamiczne działające na konstrukcje, ludzi lub luźne przedmioty w pobliżu torów.

Norma ta opisuje, w jaki sposób te efekty wynikają z prędkości pociągu, jego kształtu (konstrukcji nosa/ogona), chropowatości nawierzchni, geometrii podwozia i bocznych wiatrów.

• Norma „EN 14067-3 Część 3: Aerodynamika w tunelach” definiuje zjawiska fizyczne specyficzne dla aerodynamiki kolejowej i zawiera zalecenia dotyczące dokumentowania badań. Norma ta zawiera opisowy przegląd podstawowych zjawisk fizycznych specyficznych dla aerodynamiki kolejowej podczas wjazdu, przejazdu lub wyjazdu pociągów z tuneli. Podkreśla ona specyficzne warunki przepływu zamkniętego w tunelach w porównaniu z torami otwartymi.
• Niniejsza norma ma przede wszystkim charakter informacyjny. Nie definiuje wiążących wartości granicznych, kryteriów akceptacji ani szczegółowych procedur badań i oceny. Zamiast tego opisuje aerodynamikę i oferuje zalecenia dotyczące dokumentowania badań i pomiarów. Główne zjawiska aerodynamiczne omawiane w tunelach to:
• Fale ciśnienia: Są to fale kompresji i rozrzedzenia, które powstają, gdy pociąg wjeżdża do tunelu i wyjeżdża z niego. Rozchodzą się z prędkością zbliżoną do prędkości dźwięku.
• Fala mikrociśnieniowa lub impuls mikrociśnieniowy przy wyjściu z tunelu: Jest to nagłe uwolnienie sprężonego powietrza powodujące słyszalne efekty wybuchu.
• Tymczasowe zmiany ciśnienia wewnątrz pociągu: Mają one wpływ na komfort pasażerów, zwłaszcza na dyskomfort uszu, zwłaszcza w przypadku, gdy okna i drzwi są otwarte lub izolacja ciśnieniowa jest niewystarczająca.
• Efekt tłoka: Powietrze przemieszczane przez pociąg zachowuje się jak tłok, powodując wzdłużny przepływ powietrza w tunelu.
• Zwiększony opór aerodynamiczny z powodu ograniczonego przepływu.
• Różnice ciśnień między wejściami do tunelu i na całej długości pociągu.
• Wpływ na infrastrukturę tunelu: Na przykład obciążenia obudowy tunelu, systemów wentylacyjnych lub sprzętu przydrożnego.

Norma ta wyjaśnia, w jaki sposób te efekty zależą od następujących czynników:

• Prędkość pociągu.
• Współczynnik zatłoczenia pociągów (przekrój poprzeczny pociągu / przekrój poprzeczny tunelu).
• Długość i geometria tunelu (jednotorowy lub dwutorowy, typ wjazdu, połączenia wałów).
• Konstrukcja przodu i tyłu pociągu oraz uszczelnienie powierzchni.
• Długość pociągu i konfiguracje skrzyżowań (spotkanie pociągów w tunelach dwutorowych).
• Norma „EN 14067-4 Część 4: Wymagania i procedury oceny aerodynamiki na torach otwartych” opisuje wymagania, procedury badań, metody oceny i kryteria akceptacji dla pojazdów kolejowych eksploatowanych na torach otwartych. Zawiera ona wymagania i metody oceny dotyczące zmian ciśnienia i wpływu przepływu wiatru wzdłuż toru. W normie omówiono metody oceny wytrzymałości eksploatacyjnej. Omówiono również warunki obciążenia elementów infrastruktury wywołane zmianami ciśnienia i wpływem przepływu wiatru wywołanymi przez pociąg. Zaproponowano stanowiska badawcze do oceny wybrzuszenia podsypki dla torów podsypkowych.

Wymagania dotyczą wyłącznie pojazdów szynowych o dużej prędkości przekraczającej 160 km/h, a nie innych systemów kolejowych. Norma ta ma zastosowanie do wszystkich pojazdów szynowych i infrastruktury o torach otwartych o nominalnej szerokości toru od 1435 mm do 1668 mm.

Efekty aerodynamiczne wywołane przez pociąg mogą mieć następujące skutki:

• Pracownicy torów i pasażerowie na peronach (prędkości przepływu powietrza).
• Obiekty przydrożne i lekkie konstrukcje (np. luźne śmieci, znaki drogowe, wiaty świetlne).
• Stała infrastruktura wzdłuż torów (np. ekrany akustyczne, podpory urządzeń napowietrznych, krawędzie peronów).
• Przejścia ciśnieniowe (skok ciśnienia czołowego występujący, gdy pociągi mijają się nawzajem lub mijają stałe punkty).
• Obciążenia aerodynamiczne działające na konstrukcje i ludzi w pobliżu szyn.

Niniejsza norma ma zastosowanie do:

• Pociągi dużych prędkości (zwykle co najmniej 200 km/h, w przypadku których aerodynamika ma kluczowe znaczenie).
• Tradycyjne pociągi pasażerskie i towarowe.
• Nowe projekty pojazdów, modyfikacje lub homologacje typu.
• Oceny zgodności infrastruktury.

Norma ta jest zgodna z wymogami specyfikacji interoperacyjności technicznej dla kolei dużych prędkości i kolei konwencjonalnych w UE.

• Norma „EN 14067-5 Część 5: Wymagania i procedury oceny aerodynamiki w tunelach” opisuje wymagania aerodynamiczne, procedury badań, metody oceny i kryteria akceptacji dla pojazdów kolejowych eksploatowanych w tunelach. W normie omówiono zmiany ciśnienia aerodynamicznego, obciążenia, powstawanie fal mikrociśnieniowych oraz inne zagadnienia aerodynamiczne występujące podczas eksploatacji tuneli. Podano wymagania dotyczące projektowania aerodynamicznego pojazdów kolejowych i tuneli dla systemów kolei ciężkich. Wymagania te mają zastosowanie wyłącznie do systemów kolei ciężkich.

Niniejsza norma zapewnia bezpieczną i komfortową eksploatację pojazdów kolejowych w tunelach poprzez kontrolę efektów aerodynamicznych wynikających z wąskiej geometrii. Koncentruje się ona na zjawiskach charakterystycznych dla tuneli i ich wpływie na:

• Komfort pasażerów i załogi (dyskomfort słuchowy spowodowany zmianami ciśnienia, zatkaniem uszu).
• Integralność konstrukcyjna i wodoszczelność pociągu (obciążenia ciśnieniowe działające na pudło wagonu, okna i drzwi).
• Infrastruktura tunelu (wyściółka, wentylacja, wyposażenie stałe, obciążenia na stacjach podziemnych).
• Pracownicy drogowi i personel konserwacyjny w tunelach.
• Wpływ czynników środowiskowych na zewnątrz tunelu (np. mikrofale ciśnienia lub huki dźwiękowe przy wejściach).
• Zgodność w sytuacjach, gdy pociągi dużych prędkości współdzielą tunele z ruchem konwencjonalnym.

Niniejsza norma ma zastosowanie do:

• Kolej dużych prędkości (gdzie skutki są najpoważniejsze).
• Tradycyjna kolej w długich tunelach.
• Nowe projekty, modyfikacje, zatwierdzenia typu i kontrole zgodności trasy.
• Zgodność ze specyfikacjami interoperacyjności technicznej UE dla systemów kolei dużych prędkości i konwencjonalnych.
• Norma „EN 14067-6 Część 6: Wymagania i procedury badawcze dotyczące oceny bocznego wiatru” opisuje wytyczne dotyczące oceny bocznego wiatru w kolejnictwie. Norma ta ma zastosowanie do wszystkich wagonów pasażerskich, lokomotyw i wagonów silnikowych (o maksymalnej prędkości pociągu od 140 km/h do 360 km/h) oraz wagonów towarowych (o maksymalnej prędkości pociągu od 80 km/h do 160 km/h) i szerokości torów od 1435 mm do 1668 mm. W przypadku wagonów pasażerskich, lokomotyw i wagonów silnikowych o maksymalnej prędkości pociągu od 250 km/h do 360 km/h wymagane jest wykazanie bocznej stateczności na wiatr. Norma ta nie ma zastosowania do lekkich pojazdów szynowych i pojazdów szynowych komunikacji miejskiej.

Niniejsza norma koncentruje się na następujących kwestiach:

• Siły i momenty aerodynamiczne wywoływane przez wiatry skośne (wiatry boczne, kąty odchylenia).
• Ryzyko wywrócenia (utrata kontroli nad kołami, uniesienie kół zawietrznych).
• Wykolejenie spowodowane nadmiernymi siłami bocznymi.
• Zgodność z infrastrukturą (kategorie ekspozycji kolei, odcinki narażone na działanie wiatru).

Niniejsza norma ma zastosowanie do:

• Wszystkie pojazdy osobowe, lokomotywy, wagony silnikowe i zespoły trakcyjne.
• Pociągi dużej prędkości, konwencjonalne pociągi pasażerskie i, w stosownych przypadkach, niektóre pojazdy towarowe.
• Nowe projekty, modyfikacje, zatwierdzenia typu i oceny specyficzne dla danej trasy.
• Zgodność ze specyfikacjami interoperacyjności technicznej kolei dużych prędkości i kolei konwencjonalnych w UE.

Niniejsza norma dotyczy pojazdów poruszających się po otwartych torach (z wyłączeniem tuneli, mostów lub odcinków osłoniętych w niektórych przypadkach, o ile nie określono inaczej).

• Norma „EN 14067-7 Część 7: Podstawy procedur prób startu podsypki pochodzącej z pociągu” dotyczy następujących zagadnień:
• Ekonomiczne aspekty projekcji balastu.
• Porównanie metod stosowanych we Francji i Hiszpanii w przypadku pojazdów szynowych.
• Metody oceny infrastruktury.
• Przegląd istniejącej literatury.
• Następne kroki i zalecenia dotyczące standaryzacji i badań.

Niniejsza norma zawiera wytyczne informacyjne i podstawowe informacje dotyczące opracowywania, wykonywania i interpretacji procedur badawczych związanych z detonacją podsypki kolejowej. Nie definiuje ona wiążących wartości granicznych, kryteriów akceptacji ani obowiązkowych metod badawczych.

Krótko mówiąc, cele tej normy są następujące:

• Aby ujednolicić rozumienie i podejście w całej Europie.
• W celu wspierania spójnej oceny pojazdów kolejowych i infrastruktury.
• Aby ułatwić porównywanie wyników testów uzyskanych różnymi metodami/w różnych krajach.

Nasza organizacja, dysponująca kompetentną i doświadczoną kadrą, od wielu lat rozumie potrzeby swoich klientów, zapewniając im zaawansowane usługi testowe, których potrzebują, oraz wspierając ich we wdrażaniu, wdrażaniu i doskonaleniu systemów zarządzania. W tym zakresie świadczymy również usługi testowe zgodne z normą EN 14067.