Обзор работ по численному и экспериментальному исследованию модели перспективного поезда Hyperloop


Просмотр статьи
PDF, 769,9 КБ

Review of the Numerical and Experimental Studies of the Hyperloop

This paper is devoted to a review of computational and experimental work on modeling the aerodynamics of high-speed Hyperloop train various configurations, which is a pod moving in a tunnel, which provides the possibility of rarefaction of the environment. Under such conditions, a significant increase in train speed is expected, which can exceed 1200 km/h. The review compactly presents information about the most typical conditions for the poten-tial operation of Hyperloop, such as the developed speed, tube pressure and temperature, and the blocking ratio. The main gas-dynamic features of the Hyperloop high-speed movement in a rarefied gas tunnel are listed. They have a significant aerothermodynamic characteristics and overall transport system efficiency effect.

Hyperloop pod, aerodynamics optimization, choked flow, axial compressor, Kantrowitz limit, drag coefficient

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1171


Том 25, выпуск 7, 2024 год



Настоящая работа посвящена обзору расчетно-теоретических и экспериментальных работ по моделированию аэродинамики различных конфигураций высокоскоростного поезда Hyperloop, представляющего собой вагон-капсулу, перемещающуюся в трубе-тоннеле, в которой обеспечено значительное разрежение среды. В таких условиях ожидается существенное увеличение скорости поезда, которая может превышать 1200 км/ч. В обзоре компактно изложена информация о наиболее характерных условиях потенциальной эксплуатации Hyperloop, таких как развиваемая скорость, давление и температура в трубе, соотношение поперечных сечений капсулы и трубы. Перечислены основные газодинамические особенности скоростного движения вагона Hyperloop в тоннеле с разреженным газом, которые оказывают определяющее влияние на аэротермодинамические характеристики и общую эффективность данной транспортной системы.

капсула Hyperloop, аэродинамическая оптимизация, поток с местным сопротивлением, осевой компрессор, предел по Кантровицу, коэффициент аэродинамического сопротивления

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.25.7.1171


Том 25, выпуск 7, 2024 год



1. Musk E. Hyperloop Alpha. SpaceX. 2013.
2. Schetz J. A. Aerodynamics of high-speed trains //Annual Review of fluid mechanics. – 2001. – Т. 33. – №. 1. – С. 371-414.
3. Kwak M. A Study on Optimum Nose Shape of a Front-Rear Symmetric Train for the Reduc-tion of the Total Aerodynamic Drag. 2013.
4. Yamamoto K. et al. Improving maglev vehicle characteristics for the Yamanashi test line // Quarterly Report of RTRI. – 2004. – Т. 45. – №. 1. – С. 7-12.
5. Samuda J. A Treatise on the Adaptation of Atmospheric Pressure to the Purposes of Loco-motion on Railways. — London: J. Weale, 1841. — 50 p.
6. Hadfield Ch. Atmospheric Railways.– Newton Abbot: David & Charles, 1967.– 240 p.–ISBN 0-7153-4107-3
7. Вейнберг Б. П. Движение без трения. Безвоздушный электрический путь. – 1914.
8. Goddard R. H. The limit of rapid transit // Scientific American. – 1909. – Т. 101. – №. 21. – С. 366.
9. Hawkins A. WARR Hyperloop pod hits 284 mph to win SpaceX competition //A hyperloop hat trick by the German team. The Verge (22 July 2018). – 2018.
10. Z. Tong. (2024). China on Track for Ultra-High Speed Trains With Hyperloop Test ‘Setting Record’. South China Morning Post. [Online]. Available: https://www.scmp.com/news/china/science/article/3250723/china-track-ultra-high-speed-trains-hyperloop-test-setting-record
11. https://www.forbes.ru/newsroom/biznes/413353-pridumannyy-maskom-hyperloop-vpervye-ispytali-s-passazhirami
12. ИПЕМ. Hyperloop Москва-Санкт-Петербург: сколько может стоить проект для инвестора и пассажира? Экспертное мнение Института проблем естественных монополий (5 июля 2019).
13. Yang Y. et al. Aerodynamic simulation of high-speed capsule in the Hyperloop system // 35th AIAA applied aerodynamics conference. – 2017. – С. 3741.
14. Uddin M. R. et al. Drag-based aerodynamic braking system for the Hyperloop: a numerical study //Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering. – 2020. – Т. 45. – №. 1. – С. 1-10.
15. Braun J., Sousa J., Pekardan C. Aerodynamic design and analysis of the hyperloop //AIAA Journal. – 2017. – Т. 55. – №. 12. – С. 4053-4060.
16. Sui Y. et al. Numerical analysis of the aerothermodynamic behavior of a Hyperloop in choked flow //Energy. – 2021. – Т. 237. – С. 121427.
17. Opgenoord M. M. J., Caplan P. C. Aerodynamic design of the hyperloop concept // Aiaa Journal. – 2018. – Т. 56. – №. 11. – С. 4261-4270.
18. Bizzozero M., Sato Y., Sayed M. A. Aerodynamic study of a Hyperloop pod equipped with compressor to overcome the Kantrowitz limit //Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynam-ics. – 2021. – Т. 218. – С. 104784.
19. Le T. T. G. et al. Numerical investigation of aerodynamic drag and pressure waves in hyper-loop systems //Mathematics. – 2020. – Т. 8. – №. 11. – С. 1973.
20. Bao S. et al. Numerical study on the influence of initial ambient temperature on the aerody-namic heating in the tube train system //Advances in Aerodynamics. – 2020. – Т. 2. – С. 1-18.
21. Singh Y. K., Mehran K. Numerical analysis for aerodynamic behaviour of hyperloop pods. – 2019.
22. Nick N., Sato Y. Computational fluid dynamics simulation of Hyperloop pod predicting lam-inar–turbulent transition //Railway Engineering Science. – 2020. – Т. 28. – С. 97-111.
23. Seo Y. et al. Experimental analysis of aerodynamic characteristics in the Hyperloop system //Aerospace Science and Technology. – 2023. – Т. 137. – С. 108265.
24. Seo Y. et al. Effects of branched tube on pressure waves in the hyperloop system: An exper-imental study //Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. – 2024. – Т. 254. – С. 105902.
25. Lang A. J. et al. Benchmark problems for simulating Hyperloop aerodynamics //Physics of Fluids. – 2024. – Т. 36. – №. 10.
26. G. Doig, S. Wang, H. Kleine, and J. Young, Aerodynamic analysis of projectiles in ground effect at near-sonic Mach numbers, AIAA J. 54,150–160 (2016).