EN 14067 Železničné aplikácie - Aerodynamika

Európska norma „EN 14067 Železničné aplikácie – Aerodynamika“ pozostáva z nasledujúcich podsekcií publikovaných pod rovnakým názvom:

• Norma „EN 14067-1 Časť 1: Symboly a jednotky“ sa vzťahuje na oblasť aerodynamiky pre železničné aplikácie. Táto norma definuje symboly a jednotky používané vo vzorcoch a výpočtoch v oblasti aerodynamiky. Definície uvedené v tejto norme vysvetľujú symboly a klasifikujú jednotky. Tieto symboly však nemusia mať rovnaký význam v inej oblasti použitia. Ďalšie symboly by sa mali definovať podľa použitia.

Táto norma zabezpečuje jednotnosť v inžinierskych štúdiách, simuláciách, testoch a dokumentácii v oblasti železničnej aerodynamiky. Vo všeobecnosti sa vzťahuje na aerodynamiku pre železničné aplikácie. Definuje nasledovné:

• Kľúčové symboly (napr. pre rýchlosti, tlaky, sily, koeficienty, referenčné polia, hustoty)
• Zodpovedajúce fyzikálne jednotky
• Pravidlá pre ich aplikáciu v rovniciach

Táto norma uľahčuje jasnú komunikáciu medzi výrobcami, správcami infraštruktúry, skúšobnými laboratóriami, certifikačnými orgánmi a výskumníkmi pracujúcimi v oblasti vysokorýchlostných železníc, konvenčných železníc, účinkov bočného vetra, aerodynamiky tunelov, prúdenia vzduchu, tlakových vĺn a aerodynamického zaťaženia štandardizáciou reprezentácie.

Nezahŕňa špecifické limitné hodnoty, skúšobné postupy ani výkonnostné požiadavky; tie sú uvedené v iných častiach tejto normy.

Inžinieri a výskumníci sa na túto normu odvolávajú v nasledujúcich situáciách:

• Pri písaní simulačného kódu (výpočtová dynamika tekutín)
• Pri hlásení výsledkov testov v aerodynamickom tuneli alebo na dráhe
• Pri príprave technických špecifikácií alebo dokumentov k súťaži
• Overovanie súladu s požiadavkami aerodynamických technických špecifikácií interoperability.
• Norma „EN 14067-2 Časť 2: Aerodynamika na otvorenej trati“ definuje fyzikálne javy špecifické pre železničnú aerodynamiku a poskytuje odporúčania na dokumentovanie testov. Výrobcovia lokomotív potrebujú poznať koeficient odporu vlakov, aby do svojich lokomotív dosiahli optimálny výkon. Železničné spoločnosti to tiež potrebujú na výpočet svojich cestovných poriadkov a energetických požiadaviek, určenie typu alebo počtu lokomotív potrebných pre konkrétnu vlakovú súpravu a na pomoc pri rozhodovaní o nákupe zariadení.

Hoci odpor vlaku je zvyčajne primárnou zložkou odporu, je ťažké ho oddeliť od ostatných zložiek, preto je v tejto časti potrebné zvážiť aj neaerodynamické pojmy.

Odpor pohybu sa vyjadruje štandardným vzorcom platným pre všetky typy vlakov. Okrem toho sú metódy merania používané na získanie odporu pohybu vlaku, ktoré vedú k zodpovedajúcemu vzorcu, definované a opísané v samostatnom dokumente (WI 00256127).

Norma EN 14067-2 sa vzťahuje na:

• Vysokorýchlostné a konvenčné vlaky
• Certifikácia a hodnotenie železničných vozidiel.
• Manažéri infraštruktúry a železniční úradníci
• Potenciálne ľahšie vozidlá (električky, metro) v relevantných situáciách

Hlavné aerodynamické účinky, ktoré sa zohľadňujú na otvorených tratiach, sú nasledovné:

• Tlakový nárast v čele trate (dočasná zmena tlaku, ktorá sa prejaví pri predbiehaní dvoch vlakov alebo pri prejazde výhybky na kraji koľají)
• Odtok (prúd vzduchu s vysokou rýchlosťou, ktorý sa tvorí okolo a za pohybujúcim sa vlakom a predstavuje riziko pre pracovníkov pri trati alebo ľahké predmety)
• Charakteristiky toku bdelosti
• Zmeny tlaku ovplyvňujúce cestujúcich (napríklad pri otvorených oknách alebo pri manipulácii s dverami)
• Aerodynamické sily pôsobiace na konštrukcie, ľudí alebo voľné predmety v blízkosti koľají.

Táto norma opisuje, ako tieto účinky vyplývajú z rýchlosti vlaku, tvaru (konštrukcie nosa/chvosta), drsnosti povrchu, geometrie podvozku a bočného vetra.

• Norma „EN 14067-3 Časť 3: Aerodynamika v tuneloch“ definuje fyzikálne javy špecifické pre železničnú aerodynamiku a poskytuje odporúčania pre dokumentáciu testov. Táto norma ponúka opisný prehľad základných fyzikálnych javov špecifických pre železničnú aerodynamiku pri vjazde vlakov do tunelov, prejazde nimi alebo ich výjazde z tunelov. Zdôrazňuje jedinečné podmienky uzavretého prúdenia v tuneloch v porovnaní s otvorenými traťami.
• Táto norma má predovšetkým informatívny charakter. Nedefinuje záväzné limitné hodnoty, akceptačné kritériá ani podrobné postupy testovania a hodnotenia. Namiesto toho opisuje aerodynamiku a ponúka odporúčania na dokumentovanie testov a meraní. Hlavné aerodynamické javy, ktorými sa tunely zaoberajú, sú:
• Tlakové vlny: Ide o kompresné a zriedkové vlny, ktoré vznikajú pri vjazde a výjazde vlaku z tunela a šíria sa rýchlosťou blízkou rýchlosti zvuku.
• Mikrotlaková vlna alebo mikrotlakový impulz na východe z tunela: Ide o náhle uvoľnenie stlačeného vzduchu, ktoré vytvára počuteľné explozívne efekty.
• Dočasné zmeny tlaku vo vnútri vlaku: Tieto zmeny ovplyvňujú pohodlie cestujúcich, najmä nepohodlie v ušiach, najmä ak sú okná a dvere otvorené alebo je tlaková izolácia nedostatočná.
• Piestový efekt: Vzduch vytlačený vlakom pôsobí ako piest a vytvára pozdĺžne prúdenie vzduchu v tuneli.
• Zvýšený aerodynamický odpor v dôsledku obmedzeného prúdenia.
• Tlakové rozdiely medzi vchodmi do tunela a pozdĺž dĺžky vlaku.
• Vplyvy na infraštruktúru tunelov: Napríklad zaťaženie ostenia tunela, vetracích systémov alebo vybavenia priestranstiev.

Táto norma vysvetľuje, ako tieto účinky závisia od nasledujúcich faktorov:

• Rýchlosť vlaku.
• Pomer preťaženia vlakov (prierez vlaku / prierez tunela).
• Dĺžka a geometria tunela (jednokoľajový alebo dvojkoľajový, typ vjazdu, šachtové spojenia).
• Konštrukcia prednej a zadnej časti vlaku a povrchové utesnenie.
• Dĺžka vlaku a konfigurácie križovatiek (stretnutie s vlakmi v dvojkoľajných tuneloch).
• Norma „EN 14067-4 Časť 4: Požiadavky a postupy hodnotenia aerodynamiky na otvorených tratiach“ opisuje požiadavky, skúšobné postupy, metódy hodnotenia a kritériá prijatia pre železničné vozidlá prevádzkované na otvorených tratiach. Poskytuje požiadavky a metódy hodnotenia zmien tlaku a vplyvov prúdenia vetra pozdĺž trate. Táto norma sa zaoberá metódami hodnotenia prevádzkovej pevnosti. Diskutuje sa aj o zaťažovacích podmienkach na prvkoch infraštruktúry spôsobených zmenami tlaku a vplyvmi prúdenia vetra vyvolanými vlakom. Pre trate so štrkovým valcom sú navrhnuté skúšobné zostavy na hodnotenie vydutia štrkového valca.

Požiadavky sa vzťahujú len na vozidlá ťažkého železničného systému s maximálnou rýchlosťou vlaku presahujúcou 160 km/h a nie na iné železničné systémy. Táto norma sa vzťahuje na všetky železničné vozidlá a infraštruktúru s otvorenou koľajnicou s menovitým rozchodom koľají medzi 1435 mm a 1668 mm.

Aerodynamické účinky vyvolané vlakom môžu mať nasledujúce dopady:

• Pracovníci pri trati a cestujúci na nástupištiach (rýchlosti prúdenia vzduchu).
• Predmety pri ceste a ľahké konštrukcie (napr. sypké nečistoty, smerovky, ľahké prístrešky).
• Pevná infraštruktúra pozdĺž trate (napr. protihlukové bariéry, podpery zariadenia nadzemnej trate, okraje nástupíšť).
• Tlakové prechody (tlakový zdvih, ku ktorému dochádza pri míňaní vlakov navzájom alebo okolo pevných bodov).
• Aerodynamické zaťaženie konštrukcií a ľudí v blízkosti koľajnice.

Táto norma platí pre:

• Vysokorýchlostné vlaky (zvyčajne najmenej 200 km/h, kde je aerodynamika prvoradá).
• Tradičné osobné a nákladné vlaky.
• Nové návrhy vozidiel, úpravy alebo typové schválenia.
• Posúdenia súladu infraštruktúry s predpismi.

Táto norma je v súlade s požiadavkami technických špecifikácií interoperability pre vysokorýchlostné a konvenčné železnice v EÚ.

• Norma „EN 14067-5 Časť 5: Požiadavky a postupy hodnotenia aerodynamiky v tuneloch“ opisuje aerodynamické požiadavky, skúšobné postupy, metódy hodnotenia a kritériá prijatia pre železničné vozidlá prevádzkované v tuneloch. Táto norma sa zaoberá aerodynamickými zmenami tlaku, zaťaženiami, tvorbou mikrotlakových vĺn a ďalšími aerodynamickými aspektmi očakávanými pri prevádzke tunelov. Uvádzajú sa požiadavky na aerodynamický návrh železničných vozidiel a tunelov pre ťažké železničné systémy. Tieto požiadavky sa vzťahujú len na ťažké železničné systémy.

Táto norma zabezpečuje bezpečnú a pohodlnú prevádzku železničných vozidiel v tunelovom prostredí kontrolou aerodynamických efektov vyplývajúcich z úzkych geometrií. Zameriava sa na javy špecifické pre tunely a ich vplyv na nasledujúce faktory:

• Pohodlie pre cestujúcich a posádku (sluchové nepohodlie v dôsledku zmien tlaku, upchatie uší).
• Štrukturálna integrita a vodotesnosť vlaku (tlakové zaťaženie na skriňu vozňa, okná a dvere).
• Infraštruktúra tunela (obloženie, vetranie, pevné zariadenia, zaťaženie na podzemných staniciach).
• Cestní pracovníci a údržbári vo vnútri tunelov.
• Vplyvy prostredia mimo tunela (napr. mikrotlakové vlny alebo zvukové tresky pri vchodoch).
• Kompatibilita v situáciách, keď vysokorýchlostné vlaky zdieľajú tunely s konvenčnou dopravou.

Táto norma platí pre:

• Vysokorýchlostná železnica (kde sú účinky najzávažnejšie).
• Tradičná železnica v dlhých tuneloch.
• Nové návrhy, úpravy, typové schválenia a kontroly súladu s požiadavkami na trasu.
• Súlad s technickými špecifikáciami interoperability EÚ pre vysokorýchlostné a konvenčné železničné systémy.
• Norma „EN 14067-6 Časť 6: Požiadavky a skúšobné postupy na posudzovanie bočného vetra“ opisuje pokyny pre posudzovanie bočného vetra na železničných tratiach. Táto norma sa vzťahuje na všetky osobné vozne, lokomotívy a motorové vozne (s maximálnou rýchlosťou vlaku medzi 140 km/h a 360 km/h) a nákladné vozne (s maximálnou rýchlosťou vlaku medzi 80 km/h a 160 km/h) a rozchody koľají medzi 1435 mm a 1668 mm. Pre osobné vozne, lokomotívy a motorové vozne s maximálnou rýchlosťou vlaku medzi 250 km/h a 360 km/h sa vyžaduje preukázanie stability voči bočnému vetru. Táto norma sa nevzťahuje na ľahké železničné a mestské železničné vozidlá.

Táto norma sa zameriava na nasledovné:

• Aerodynamické sily a momenty spôsobené šikmým vetrom (bočný vietor, uhly stáčania).
• Nebezpečenstvo prevrátenia (strata kontroly nad kolesami, zdvihnutie kolies v záveternej časti vozidla).
• Vykoľajenie v dôsledku nadmerných bočných síl.
• Kompatibilita s infraštruktúrou (kategórie vystavenia koľají, úseky náchylné na vetry).

Táto norma platí pre:

• Všetky osobné vozidlá, lokomotívy, motorové vozne a motorové jednotky.
• Vysokorýchlostné vlaky, konvenčné osobné vlaky a v príslušných prípadoch aj niektoré nákladné vozidlá.
• Nové návrhy, úpravy, typové schválenia a posúdenia špecifické pre trasu.
• Súlad s technickými špecifikáciami interoperability pre vysokorýchlostné a konvenčné železnice v EÚ.

Táto norma sa vzťahuje na vozidlá prevádzkované na otvorených tratiach (v niektorých prípadoch s výnimkou tunelov, mostov alebo krytých úsekov, pokiaľ nie je uvedené inak).

• Norma „EN 14067-7 Časť 7: Základy skúšobných postupov spúšťania štrku z vlaku“ sa zaoberá týmito témami:
• Ekonomické aspekty projektovania štrku.
• Porovnanie metód používaných vo Francúzsku a Španielsku pre železničné vozidlá.
• Metódy hodnotenia infraštruktúry.
• Prehľad existujúcej literatúry.
• Ďalšie kroky a odporúčania týkajúce sa štandardizácie a výskumu.

Táto norma poskytuje informatívne usmernenia a základné informácie pre vývoj, vykonávanie a interpretáciu skúšobných postupov súvisiacich s odstreľovaním štrku vyvolaným vlakmi. Nedefinuje záväzné limitné hodnoty, kritériá prijatia ani povinné skúšobné metódy.

Stručne povedané, ciele tejto normy sú nasledovné:

• Harmonizovať chápanie a prístupy v celej Európe.
• Podporovať konzistentné hodnotenie železničných vozidiel a infraštruktúry.
• Na uľahčenie porovnania výsledkov testov získaných z rôznych metód/krajín.

Naša organizácia s kompetentnými a skúsenými zamestnancami už mnoho rokov rozumie potrebám svojich klientov, poskytuje im pokročilé testovacie služby a pomáha im pri zavádzaní, implementácii a zlepšovaní systémov manažérstva. V tomto rámci poskytujeme aj testovacie služby v súlade s normou EN 14067.