Основы научных исследований: Учебное пособие, страница 36

Например, можно сразу заключить, что перемещение ка­кого-либо груза «волоком» по наземной поверхности менее эффективно и требует большей силы по сравнению с переме­щением его же на колесах или катках, так как коэффициент трения скольжения, определяющий величину силы сопротив­ления движению, в первом случае больше, чем коэффициент трения качения — во втором. Однако сравнение по величине удельной силы иногда счи­тают неполным. Дело в том, что при сравнении по удельной силе вроде бы упускается фактор времени движения, который зависит от скорости Ведь движущая сила создается двигателем транспортного средства (во взаимодействии со средой) за счет преобразования в механическую работу внутренней энергии потребляемого им топлива И расход топлива зависяi от времени его потребления.

Поэтому в качестве сравниваемого параметра у различных видов транспорта принимают удельную мощность двигателей транспортного средства  [кВт/т], где   N — мощность двигателей транспортного средства [кВт]. Величина N в значительной мере определяет габаритные размеры, весовые показатели и прочие характеристики транспортных средств, в том числе и темп (скорость) потребления энергии Однако расход энергии зависит от выполненной работы, то есть от величины А = Nt или удельной работы    При перемещении на расстояние S время  t=S/v_cp. Тогда получаем .   Так как   (мощность равна произведению силы на скорость), то . Иными словами, удельная работа А пропорциональна удельной силе тяги f. Если сравнивать различные транспортные средства при их перемещении на одинаковые расстояния S     (или принять его равным, на пример,  S₀ = 1 км), то именно величина удельной силы тяги будет сравнительной мерой расхода энергии на выполнение одной и той же работы. То есть  где  удельная работа перемещения 1 т массы на 1 км в тайном виде транспорта (при движении со скоростью v   ).

Величины удельной мощности  и удельной работы  в каждом виде транспорта зависят именно от значения v_cp и увеличиваются с ее ростом.

Для более строгого анализа в приведенные выше рассуждения надо внести два уточнения

1. Мощность, реализуемая силой тяги (полезная мощности перемещения N_n), и мощность двигателей N не одно и то же. Первая составляет часть второй, оцениваемую величиной внутреннего к. п. д. транспортного средства

2. Так собственная масса транспортного средства на единицу (1т) массы полезной нагрузки в разных видах транспорт л различна, можно их сравнивать по удельной мощности   (или работе) нетто (соответственно)

;                                                          (1.1)

,                                                          (1.2)

где       k_c — коэффициент    собственной    массы    транспортного средства,   

M_c —собственная масса, т (включает массу конструкции Т и массу топлива);

Q_н— масса перевозимого груза (нетто), т.

Величина k для железнодорожного транспорта составля­ет примерно 0,4—0,5, в других видах транспорта она может быть больше единицы (у средних автомобилей) и даже двух (у самолетов).

На рис. 8.1 показаны зависимости удельной мощности раз­личных видов транспорта от скорости движения. По графику видно, что каж­дый вид транспорта имеет свой рациональный диа­пазон скоростей движе­ния. Так при движении со скоростями до 20—30 км/ч энергетически более вы­годным является водный транспорт. Скорости дви­жения от 30 до 80— 100 км/ч — это диапазон работы автомобильного и железнодорожного тран­спорта, причем для пере­мещения грузов по желез­ной дороге достаточна мощность в 3—5 раз меньшая, чем необходимая при перевозе автотранс­портом.

Авиационный транс­порт применим при ско­ростях выше 300— 500 км/ч, но необходимые мощности при этом на три порядка выше, чем на железной дороге (при пе­ревозке грузов).

В табл. 8.1 приведены усредненные ориентировочные значения удельной мощности, а также удельной работы для различных видов транспорта.

Таблица 8.1

Сравнительные энергетические характеристики различных видов транспорта

Вид транспорта	Средняя скорость vср,   км/ч	Удельные показателя
		Мощность, кВт/т	Работа , Вт·ч/ткм
Водный	20—30	0,3—0,4	10—20
Железнодорожный:
грузовые поезда	60—80	1,4—1,7	20—25
пассажирские поезда	80—100	2,5—3,5	30-35
скоростное движение	140—200 210-250	7—12 13—20	5O- 60 60-80
BCHT	350— 450	65—125	185—350
Автомобили:
грузовые	50—70	8—12	150-170
легковые	60—100	30—40	400-500
СВП	60—100	40— 8О	600— 800
Вертолет	150—250	150—300	1 000—1200
Самолеты:
винтовые	250 — 400	80—120	300-320
реактивные	600—800	200—300	330—375
сверхзвуковые	2000— 2200	3000—4000	1500— 1800
Ракета	(25-40)×103	(2-3)×106	(75-80)×108

Првмечанае:    ВСНТ — высокоскоростной наземный транспорт СВП — суда на воздушной подушке.

Интересно сопоставить изменение указанных показателен дай .железнодорожного транспорта более чем за полтора век для его существования. Известный паровоз Дж. Стефенсона «Ракета», имея массу Р = 6 т, вел состав массой Q = 20 т со скоростью v=20 км/ч. Мощность паровой машины этого паровоза можно оценить примерно . Тогда имеем кВт/т и  Вт×ч/(ткм)

Когда современный тепловоз мощностью 4400 кВт в двух секциях массой Р = 250 т ведет состав вагонов массой Q = 3750 т со скоростью 50 км/ч, удельные показатели имеют следующие значения:  = 1,1 кВт/т и = 22 Вт×ч/(ткм). Из этих данных видно, что энерговооруженность  железнодо­рожного поезда не изменилась принципиально, оба значения  — величины одного и того же порядка. Увеличение  в три раза для современного тепловоза связано примерно с та­ким же увеличением скорости движения.