GIORNATA CIFI
AERODYNAMICS IN OPEN AIR
Firenze 20 febbraio 2009
La caratterizzazione aerodinamica dell’ETR500
F. Cheli
AERODYNAMICS IN OPEN AIR
• Benvenuto e presentazione del Progetto (Trenitalia - Ing. Emilio Maestrini)
• Il fenomeno della “proiezione del ballast” (Trenitalia – Ing. Luca Bocciolini)
• Le misure adottate da RFI (RFI – Ing. Mario Testa)
• L’aerodinamica del sottocassa (Politecnico di Milano – Prof. Daniele Rocchi)
• La sicurezza contro il vento laterale: la norma Cen 14067/6 e la TSI (Trenitalia – Ing.
Gianpaolo Mancini)
• La caratterizzazione aerodinamica dell’ETR 500 (Politecnico di Milano – Prof. Federico Cheli)
• Lo studio della situazione meteo delle zone attraversate dalla linea AV Roma-Napoli
(Università di Genova – Prof. Giovanni Solari)
• L’analisi del rischio sulla linea AV Roma – Napoli (Politecnico di Milano – Ing. Gisella
Tomasini)
• Provvedimenti adottati da RFI e cenno alla situazione internazionale (RFI – Mario Testa)
• Conclusioni (Ing. Angelo Pezzati)
F. Cheli
2
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
IL VENTO TRASVERSALE SUI VEICOLI FERROVIARI
EFFETTI DEL VENTO TRASVERSALE:
•
sicurezza di marcia (ribaltamento, svio)
PARTICOLARMENTE CRITICO IN CONDIZIONI DI:
•
elevata velocità
•
improvvise variazioni dei carichi aerodinamici (uscita da gallerie, raffiche)
•
elevati valori di accelerazione non compensata (curva)
IL PROBLEMA E’ DI ESTREMA ATTUALITA’:
•
normative europee, specifiche su questo tema, in fase di definizione
•
su questo problema POLIMI farà al temine del meeting
una proposta operativa
F. Cheli
3
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
RICERCA EUROPEA SUL VENTO TRASVERSALE
Normative e progetti
Normative internazionali su treni:
•
TSI: Technical Specification for interoperability – Cross wind
•
EN 14067-6 Railway applications — Aerodynamics
Progetti internazionali:
•
AOA: Aerodynamics in Open Air
E’ NECESSARIO DEFINIRE LE CONDIZIONI LIMITE PER UN TRENO
SOGGETTO A VENTO TRASVERSALE
CWC – Critical Wind Curve
F. Cheli
4
NORMATIVA EUROPEA TSI
Responsabilità
L’attuale revisione di TSI, della quale è in corso il processo di approvazione,
comporta responsabilità a carico dell’Operatore e del Gestore dell’Infrastruttura
Responsabilità dell’Operatore: caratterizzare la propria flotta nei
confronti del vento laterale
Responsabilità del Gestore dell’infrastruttura: assicurare il
permanere delle condizioni di sicurezza di marcia nelle condizioni di
esercizio più critiche
F. Cheli
5
NORMATIVA EUROPEA TSI
Linea interoperabile
Una linea è dichiarata interoperabile se equipaggiata
con un sistema di protezione atto a garantire la
sicurezza di circolazione dei treni interoperabili.
Il mantenimento delle condizioni di sicurezza può avvenire:
 con riduzione locale e temporanea di velocità in presenza di venti
superiori alle CWC
 installando protezioni nelle tratte di binario soggette a forti venti
F. Cheli
6
NORMATIVA EUROPEA TSI
Veicolo interoperabile
Un veicolo è dichiarato interoperabile se progettato e
verificato in modo tale da garantire un livello di stabilità
predefinito sotto l’effetto del vento laterale.
Tale livello è definito, per mezzo di un set di curve di riferimento
caratteristiche (CWC)
Per differenti condizioni operative e differenti scenari é definita la velocità
critica del vento in funzione della velocità del treno
I valori delle curve di riferimento rappresentano i requisiti minimi che
deve soddisfare il materiale rotabile
F. Cheli
7
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
INDICE
•
•
•
•
•
Introduzione al problema
Prove in galleria del vento
Coefficienti aerodinamici
CWC
Conclusioni
F. Cheli
8
Introduzione al problema
Perché il problema è critico per i treni ad alta velocità?
Fy
FL
FD
Vtreno=250
km/h
Fy  1  CFy AVrel 2
2
arel =25°
Vrel =275 km/h= 75 m/s
U =30 m/s
T
0
-0.2
Vtreno=0
Vtreno=250 km/h
C
Fy = 5 tons
Fy =14 tons
Fy
-0.4
-0.6
-0.8
-1
-1.2
-1.4
0
F. Cheli
20
40
a
60
80
100
9
Introduzione al problema
La caratteristica del vento reale
Il vento reale è turbolento ed è una funzione del tempo e dello spazio



[s]



Storia temporale del vento
F. Cheli
10
Introduzione al problema
Il vento “visto” dal treno
Il treno si muove con velocità V attraverso questo profilo spazio
temporale
velocità del vento
assoluta u(t,x)
spazio [m]
tempo [s]
UT
UT velocità del vento “vista”
dal veicolo in movimento
F. Cheli
11
[
60
Introduzione al problema
40
20
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
LeUTcaratteristiche
del with
vento
(t) wind speed at a point moving
the trainrelativo
V = 300 km/h
100
UT
[m/s]
80
60
40
20
0
[s]
V =70 m/s= 250 km/h
arel=25°
U =30 m/s=105 km/h
T
Vrel=75 m/s= 275 km/h
F. Cheli
12
Introduzione al problema
Le forze aerodinamiche
Sul treno nascono delle forze aerodinamiche funzioni del tempo che
dipendono da:
• velocità di avanzamento del veicolo Vtreno
Fy  1  CFy AVrel 2
2
• profilo del vento trasversale
• caratteristiche aerodinamiche del veicolo CFy
Fy
FL
FD
4
0
x 10
F [tons]
Vtr=250 km/h
arel =25°
-5
U =30 m/s
T
-10
Vrel =275 km/h= 75 m/s
-15
0
F. Cheli
50
[s]
100
150
13
Introduzione al problema
Critical wind curve CWC
La CWC rappresenta la velocità limite del vento che porta il veicolo a
superare I limiti della marcia in sicurezza
Vtr
arel
Vrel
U
Vtr= velocità treno
U= velocità assoluta vento
Vrel= velocità relativa
bw= angolo di attacco relat.
Forze aerodinamiche
Codice di
simulazione
multi-body
F. Cheli
14
Introduzione al problema
Critical wind curve CWC
Vtr -U
U
U
1
 Q/Q0
Safety index
La CWC rappresenta la velocità limite del vento che porta il veicolo a
superare I limiti della marcia in sicurezza
0.5
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
Vtr
F. Cheli
Vtr
15
Introduzione al problema
Critical wind curve CWC
Ulim (velocità massima di raffica) funzione della velocità del treno e
dell’angolo di incidenza del vento
Vtr
arel
bw
U
Vrel
CWC
Ulim [m/s]
50
40
30
20
10
0
0
20
40
60
bw [deg]
F. Cheli
80
Vtr=250 km/h
Vtr=260 km/h
Vtr=270 km/h
Vtr=280 km/h
Vtr=290 km/h
Vtr=300 km/h
Vtr=310 km/h
Vtr=320 km/h
Vtr=330 km/h
100
Vtr=340 km/h
Vtr=350 km/h
Le CWC dipendono:
- layout tracciato (rettilineo o
curve con a.n.c.)
- caratteristiche statistiche del
vento (intensità di turbolenza,
lunghezza di scala
integrale,..)
- tipo di veicolo (caratteristiche
delle sospensioni, geometria,
carico per asse, …)
- scenario (rilevato, viadotto,
trincea,…)
16
Introduzione al problema
Calcolo delle CWC: Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
180
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
0
0
160
[m]
T
U [m/s]
30
20
140
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
3. Funzione di
ammettenza
U [m/s]
120
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
17
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
INDICE
•
•
•
•
•
Introduzione al problema
Prove in galleria del vento
Coefficienti aerodinamici
CWC
Conclusioni
F. Cheli
18
Prove in galleria del vento
La galleria del vento del Politecnico di Milano
2
1
Potenza massima installata
Dimensioni globali
1.5
50 x 15 x 15
[MW]
[m]
Sezione di misura
Dimensioni
[m]
Max Vel.
[m/s]
I=s/u
%
Boundary layer (2)
14 x 4
18
<±2%
High speed (1)
4x4
60
< ± 0.2 %
F. Cheli
19
Prove in galleria del vento
La galleria del vento del Politecnico di Milano
è stata accreditata per prove TSI tramite test su ICE2
8
POLIMI
DB
CMx
6
4
2
0
0
F. Cheli
20
40
b [°]
60
80
100
Prove in galleria del vento
Scenari di riferimento
Normativa TSI 2005
Flat ground
…
Normativa CEN 2009
Single track ballast and rail
F. Cheli
Embankment standard alto 6m
Prove in galleria del vento
Modello in scala 1:20
Modello in scala 1:10
F. Cheli
Scenari:
- viadotto standard
- rilevato
- camera boundary layer
(Re=1.0 105 – 2.5 105)
Scenari:
- flat ground
- flat ground+ballast&rail
- rilevato TSI
- camera boundary layer e
high-speed
(Re=1.0 105 – 1.0 106)
22
Prove in galleria del vento
Modello in scala 1:10
Flat ground con e senza ballast&rail
Bilancia dinamometrica esterna
Boundary layer test section
Modello sospeso
VENTO
P
Z
b
X
Barra di collegamento
192- Bilancia dinamometrica
Rilevato TSI alto 6m
Boundary layer test section
F. Cheli
Flat ground con rail
High speed test section
23
Prove in galleria del vento
Modello in scala 1:20
TOP VIEW
Bilancia dinamometrica interna
LATERAL DYNAMOMETERS
VERTICAL DYNAMOMETERS
UPPER PLATE
CASSA
LATERAL VIEW
CARRELLI
LONGITUDINAL DYNAMOMETER
LOWER PLATE
Tipico viadotto italiano
Tipico rilevato italiano
12.4m
2.5m
3.3m
5.6m
F. Cheli
6m
6m
30°
24
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
INDICE
•
•
•
•
•
Introduzione al problema
Prove in galleria del vento
Coefficienti aerodinamici
CWC
Conclusioni
F.Cheli
25
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500
• Flat ground con solo binario: confronto primo/secondo veicolo
CMz 
Mz
Mx
1
U 2 Sh
2
S  10 m2 H  3 m
CFz 
Wind
Fz
Fz
1
U 2 S
2
S  10 m2
7
2
Locomotiva
Carrozza
6
0
-2
4
CFz
C
Mx
5
3
-4
2
Locomotiva
Carrozza
1
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
-6
-8
0
20
40
bw [°]
60
80
26
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• Flat ground con solo binario: effetto Reynolds
CMz 
Mz
1
U 2 Sh
2
S  10 m2 H  3 m
Wind
Mx
Fz
1
U 2 S
2
1
Re=2 105
Re=5.6 105
Re=1.1 106
Re=2 105
Re=5.6 105
Re=1.1 106
0
-1
Cfz
Cmx
Fz
S  10 m2
4
3
CFz 
2
-2
-3
1
-4
0
0
F.Cheli
5
10
15
b [deg]
20
25
30
-5
0
5
10
15
b [deg]
20
25
30
27
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• Flat ground con e senza ballast and rail
V2 without train
Wind
Mx
V
1
7
1
6
0
5
-1
4
-2
CFz
C
Mx
Fz
3
2
Flat ground con B&R
Flat ground
1
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
Flat ground con B&R
Flat ground
-3
-4
-5
-6
0
20
40
bw [°]
60
80
100
28
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• Rilevato alto 6m: sopravento vs sottovento
CMz 
Mz
1
U 2 Sh
2
S  10 m2 H  3 m
CFz 
Wind
Mx
Fz
1
U 2 S
2
S  10 m2
Fz
7
2
sopravento
sottovento
6
sopravento
sottovento
0
-2
4
CFz
C
Mx
5
3
-4
2
-6
1
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
-8
0
20
40
bw [°]
60
80
29
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• rilevato vs flat ground: Coeff. di momento al rollio
Wind
Mx
Fz
7
6
CMx
5
4
3
V1
2
Flat ground
Embankment
- V1
Rilevato
Rilevato
Embankment
- V2
1
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
V2
80
30
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• rilevato vs flat ground: Coeff. forza verticale
V2 without train
V
1
1
Flat ground
Embankment - V1
Rilevato
0
Rilevato
Embankment - V2
-1
Wind
C
Fz
Mx
-2
Fz
-3
-4
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
100
31
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 loco
• Rilevato vs flat ground con Ballast&Rail
Vref 2m sopra il binario
Wind
Mx
Vref Vena libera
Fz
Rilevato - Vref sopra
6
-1
Flat ground con B&R
-2
4
CFz
Mx
5
C
Rilevato Vref - vena libera
0
7
-3
3
-4
2
Rilevato Vref - vena libera
1
Rilavato - Vref sopra
Flat ground con B&R
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
-5
-6
0
20
40
bw [°]
60
80
100
32
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:20
• ETR500 loco
• Viadotto (scala 1:20) vs flat ground (scala 1:10)
Wind
Mx
Fz
7
2
6
0
-2
4
CFz
C
Mx
5
3
-4
2
Flat ground (scala 1:10)
Viadotto sopravento (scala 1:20)
Viadotto sottovento (scala 1:20)
1
0
0
F.Cheli
20
40
bw [°]
60
80
Flat ground (scala 1:10)
Viadotto sopravento (scala 1:20)
Viadotto sottovento (scala 1:20)
-6
-8
0
20
40
bw [°]
60
80
33
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
•
•
•
•
ETR500 loco
Validazione ETR500 come veicolo di riferimento con prove a CSTB
Flat ground con B&R
Wind
Pari numero di Reynolds
Mx
Fz
Re=2.9 105
Re=2.9 105
8
0
POLIMI
SCTB
7
POLIMI
SCTB
-1
6
-2
CFz
CMx
5
4
-4
3
-5
2
-6
1
0
0
F.Cheli
-3
20
40
b [deg]
60
80
100
-7
0
20
40
b [deg]
60
80
100
34
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
ETR500 loco
Validazione ETR500 come veicolo di riferimento con prove a CSTB
Flat ground con B&R
Wind
Effetto numero di Reynolds
Mx
Fz
0
8
POLIMI - Re=2.9
7
-1
6
-2
CFz
5
CMx
•
•
•
•
4
SCTB mean Re=[3.1 105 - 7.4 105]
-3
-4
3
-5
2
-6
POLIMI - Re=2.9
1
SCTB mean Re=[3.1 105 - 7.4 105]
0
0
F.Cheli
20
40
b [deg]
60
80
100
-7
0
20
40
b [deg]
60
80
100
35
Coefficienti aerodinamici
Modello in scala 1:10
• ETR500 è veicolo di riferimento
• Confronto con ICE3 e TGV
Rilevato
Rilevato
7
6
5
Wind
Mx
Cmx
4
Fz
3
TGV
ETR500
ICE3
2
1
0
Flat ground
Flat ground
8.00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-1
b [°]
7.00
6.00
Cmx
5.00
500
ICE3
TGV
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
b [°]
F.Cheli
36
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
INDICE
•
•
•
•
•
Introduzione al problema
Prove in galleria del vento
Coefficienti aerodinamici
CWC
Conclusioni
F.Cheli
37
Calcolo delle CWC
Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
180
0
0
[m]
160
T
U [m/s]
30
20
140
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
3. Funzione di
ammettenza
U [m/s]
120
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
38
Calcolo delle CWC: definizione del vento
Caratteristiche del vento turbolento
Storia
temporale del
vento



z
Profilo di
velocità
U  z


componente di velocità media
z0 [m]
Iu [%]
I. Mare aperto
0.001
0.05
II. Aperta campagna
0.05
0.13
III. Aree boscose,
piccole città
0.15
0.24
IV. Aree centrali di
grandi città
0.5
0.44
Tipo di terreno
u  x, y, z,t 
componente turbolenta
indirezione x
x
F. Cheli
39
Calcolo delle CWC: definizione del vento
Caratteristiche del vento turbolento
Indice di turbolenza
Iu 
su
U
0
10
-1
Von Karman PSD
f*S uu/s2u
10
-2
10
-3
10
-4
Funzione di coerenza spaziale
0
10
f xLu/U
y=1 m
y=10 m
y=25 m
y=50 m
y=90 m
y=130 m
1
2
10
0.8
uu(r)
10 -2
10
0.6
0.4
0.2
0
-2
10
Lunghezza di scala integrale
F. Cheli
-1
10
0

10
1
10
Lu x Lu y Lu z
40
Calcolo delle CWC: definizione del vento
Definizione della velocità del vento vista dal punto mobile
[m/s]
Velocità del vento
assoluta
u(t,s)
spazio [m]
tempo [s]
UT(t) velocità del vento di
un punto di riferimento che
si muove con il veicolo
UTC (t) [km/h]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
F. Cheli
0
20
40
60
[s]
80
100
120
Poichè il vento è un fenomeno
random, partendo dalle stesse
proprietà statistiche è possibile
generare infinte storie temporali
42
Calcolo delle CWC: calcolo ammettenza
Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
180
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
0
0
160
[m]
T
U [m/s]
30
20
140
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
3. Funzione di
ammettenza
U [m/s]
120
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
43
Calcolo delle CWC: calcolo ammettenza
Ammettenza aerodinamica misurata sperimentalmente
1.6
Sperimentale
Power low II
Power low III
1.4
z [m]
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
U/Urif
F. Cheli
44
Calcolo delle CWC: calcolo ammettenza
Ammettenza aerodinamica
Permette di tener conto della correlazione spaziale della distribuzione
di velocità del vento tra due punti qualsiasi della superficie del veicolo
in condizioni di vento turbolento
PSDFmis
PSDFstatica
La funzione di ammettenza
può essere valutata:
-sperimentalmente, mediante
prove in galleria in condizioni
di vento turbolento
- numericamente, mediante
un modello sviluppato sulla
base della teoria di Cooper
F. Cheli
0
10
-1
10
H2
H ( fn ) 
2
-2
10
-3
10 -2
10
-1
10
0
x
f Lu/U
10
1
10
45
Calcolo delle CWC: calcolo delle forze aerodinamiche
Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
180
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
0
0
160
[m]
T
U [m/s]
30
140
20
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
U [m/s]
120
3. Funzione di
ammettenza
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
46
Calcolo delle CWC: calcolo delle forze aerodinamiche
Definizione delle forze aerodinamiche: effetto della turbolenza
TEORIA QUASI STATICA
TEORIA QUASI STATICA
CORRETTA
V
V
U
UT(t)
V
1
F   AC (a rel ) Vrel 2
Vrel_TC
2
brel
Vrel
U
U
TC
2
1
F (t )   AC a rel Vrel _ TC
2
T
Vrel_TC è la velocità corretta con la
funzione di ammettenza
F. Cheli
47
Calcolo delle CWC: calcolo risposta dinamica veicolo
Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
180
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
0
0
160
[m]
T
U [m/s]
30
20
140
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
3. Funzione di
ammettenza
U [m/s]
120
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
48
Calcolo delle CWC: calcolo delle forze aerodinamiche
Modello MB di simulazione dinamica
Caratteristiche:
- marcia in rettilineo/curva
- effetti non lineari associati
alle sospensioni (tamponi,…)
- reali profili di contatto
- irregolarità binario
F. Cheli
49
Calcolo delle CWC: calcolo risposta dinamica veicolo
Metodologia stocastica numerico-sperimentale
CWC media e banda di
incertezza (Umedia  3 sCWC)
2. Definizione del
vento turbolento
1. Test galleria
del vento
5. CWC
[m/s]
50
180
0
150
400
100
200
50
[s]
CFy
0
0
160
[m]
T
U [m/s]
30
20
140
10
0
0
20
40
60
[s]
80
100
120
100
g
3. Funzione di
ammettenza
U [m/s]
120
80
60
40
Forze aerodinamiche F(t,x,y,z)
20
0
20
40
60
80
100
b [deg]
4. Modello multi body
della dinamica del
veicolo
F. Cheli
50
Calcolo delle CWC
Indici di sicurezza: definizioni
2
Scarico ruota
(filtro 2 Hz)
Proud’homme
- Qdown_k
Qup carico verticale ruota
≤ η1_lim = 0.9 sopravento
 2

  Qup_k + Qdown_k 
Qdown carico verticale ruota
 k=1

sottovento
2
Qup0 carico verticale ruota
Q

up_k
statico
k=1
η2 = 2
 η2_lim = 0.1
Ribaltamento η1 =
(filtro 2 Hz)
Q
k=1
up_k


Q
  up0_k 
 k=1

 ∑ Y2m 
lim

= α 10 +

P0 

3 
Svio (non significativo)
F. Cheli
51
Calcolo delle CWC
Schema
Forza aerodinamica
Modello multibody
del veicolo
4
0
x 10
-5
-10
-15
0
50
100
4
150
10
x 10
Forze verticali di contatto
8
6
4
Calcolo indici di sicurezza
1.5
CWC
2
0
0
50
100
150
1
0.5
0
0
F. Cheli
50
100
150
52
Calcolo delle CWC
Definizione della CWC
2
Coefficiente di
η2 =
scarico ruota
Q
k=1
up_k
 2

  Qup0_k 
 k=1

 η2_lim = 0.1
U lim  U 1  3I u 
1.5
1
50
U=U1
40
0
0
50
100
150
30
20
carrello 2
1
soglia
2
0
100
150
200
250
300
350
V [km/h]
0.5
U=U2
F. Cheli
CWC
10
carrello 1
0
Ulim [m/s]
0.5
0
20
40
60
[s]
80
100
120
V=V
53
Calcolo delle CWC
STOCHASTIC
APPROACH
Definizione della
distribuzione di CWC
Fisse caratteritiche del vento
CWCs
Fissato veicolo – scenario – vento
Differenti storie temporali
180
35
140
25
120
U [m/s]
30
CWC media e BANDA di incertezza
100
g
20
T
U [m/s]
160
80
15
60
10
5
10
40
12
F. Cheli
14
16
18
20
time [s]
22
24
26
28
30
20
0
20
40
b [deg]
60
80
100
54
CWC ETR500
Scenario flat ground
Rettilineo
50
STOCASTICO
CH
TSI limit
45
40
50
g
35
40
35
30
30
25
25
100
F. Cheli
150
200
250
[km/h]
300
350
STOCASTICO
CH
TSI limit
45
U [m/s]
g
U [m/s]
Curva aq=1 m/s2
100
150
200
250
[km/h]
300
350
55
CWC ETR500
Scenario flat ground V= 300 km/h
80
STOCASTIC
CH
TSI Limit
70
Ug [m/s]
60
50
40
30
20
0
F. Cheli
20
40
bw [°]
60
80
100
56
LA CARATTERIZZAZIONE AERODINAMICA DELL’ETR500
INDICE
•
•
•
•
•
Introduzione al problema
Prove in galleria del vento
Coefficienti aerodinamici
CWC
Conclusioni
F. Cheli
57
CONCLUSIONI
• galleria del vento italiana accreditata
• ETR500 treno accreditato TSI
• messa a punto metodologia stocastica italiana
• utilizzo della metodologia per analisi rischio linea
• utilizzo della metodologia come ausilio progettazione linee
• metodologia stocastica attualmente inserita tra i metodi utilizzabili
per il calcolo delle CWC all’interna della nuova normativa CEN sul
vento trasversale
• crescita di un team RFI, Trenitalia, Unige, PoliMi che deve
continuare ad essere presente a livello europeo
proposta PoliMi ……
F. Cheli
58
AERODYNAMICS IN OPEN AIR
• Benvenuto e presentazione del Progetto (Trenitalia - Ing. Emilio Maestrini)
• Il fenomeno della “proiezione del ballast” (Trenitalia – Ing. Luca Bocciolini)
• Le misure adottate da RFI (RFI – Ing. Mario Testa)
• L’aerodinamica del sottocassa (Politecnico di Milano – Prof. Daniele Rocchi)
• La sicurezza contro il vento laterale: la norma Cen 14067/6 e la TSI (Trenitalia – Ing. Gianpaolo
Mancini)
• La caratterizzazione aerodinamica dell’ETR 500 (Politecnico di Milano – Prof. Federico Cheli)
• Lo studio della situazione meteo delle zone attraversate dalla linea AV Roma-Napoli (Università d
Genova – Prof. Giovanni Solari)
• L’analisi del rischio sulla linea AV Roma – Napoli (Politecnico di Milano – Ing. Gisella Tomasini)
•Provvedimenti adottati da RFI e cenno alla situazione internazionale (RFI – Mario Testa)
• Conclusioni (Ing. Angelo Pezzati)
F. Cheli
59