JP2912178B2 - 鉄道車両 - Google Patents
鉄道車両Info
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- JP2912178B2 JP2912178B2 JP7007958A JP795895A JP2912178B2 JP 2912178 B2 JP2912178 B2 JP 2912178B2 JP 7007958 A JP7007958 A JP 7007958A JP 795895 A JP795895 A JP 795895A JP 2912178 B2 JP2912178 B2 JP 2912178B2
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
- B61D17/00—Construction details of vehicle bodies
- B61D17/02—Construction details of vehicle bodies reducing air resistance by modifying contour ; Constructional features for fast vehicles sustaining sudden variations of atmospheric pressure, e.g. when crossing in tunnels
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Body Structure For Vehicles (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両の先頭形状に係り、
特に高速走行する新幹線等の鉄道車両に好適な先頭形状
に関する。
特に高速走行する新幹線等の鉄道車両に好適な先頭形状
に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、初期の新幹線電車は時速２００
ｋｍ／ｈ程度の走行速度であるが、最新の新幹線電車で
は時速２７０ｋｍ／ｈにまで高速化されており、さらに
高速化されようとしている。車両速度が高速化するにつ
れて車両の形状と空気の流れが密接に関わり、この関係
は大きく二つにわけられる。
ｋｍ／ｈ程度の走行速度であるが、最新の新幹線電車で
は時速２７０ｋｍ／ｈにまで高速化されており、さらに
高速化されようとしている。車両速度が高速化するにつ
れて車両の形状と空気の流れが密接に関わり、この関係
は大きく二つにわけられる。
【０００３】第一は電車車両がトンネルのない平坦な明
かり区間と呼ばれる環境を走行する場合のように電車車
両が広い空間を走行するときには周囲の影響は少なく、
先頭形状は自身の形状によって誘起される流れが重要と
なる。この場合には車両を高速で走行させるための動力
を少なくするために空気抵抗の小さいことが先頭形状に
要求される課題である。
かり区間と呼ばれる環境を走行する場合のように電車車
両が広い空間を走行するときには周囲の影響は少なく、
先頭形状は自身の形状によって誘起される流れが重要と
なる。この場合には車両を高速で走行させるための動力
を少なくするために空気抵抗の小さいことが先頭形状に
要求される課題である。
【０００４】第二は、電車車両がトンネルに突入する場
合のように電車車両が狭い空間を走行するときには、先
頭車両がトンネルに対してピストンの役割を果たし、先
頭車両はトンネルから大きな影響を受ける。すなわち、
車両の先頭の空気は車両とトンネルの間で次第に圧縮さ
れ、微気圧波と呼ばれる弱い圧縮波となって車両よりも
速い音速でトンネル内を伝播する。この微気圧波は一部
がトンネル出口で反射し、大部分はトンネル外に音とな
って放出される。この場合には、トンネル外に放出され
る微気圧波を小さくすることは高速車両が環境に及ぼす
影響を少なくするうえで極めて重要な課題である。
合のように電車車両が狭い空間を走行するときには、先
頭車両がトンネルに対してピストンの役割を果たし、先
頭車両はトンネルから大きな影響を受ける。すなわち、
車両の先頭の空気は車両とトンネルの間で次第に圧縮さ
れ、微気圧波と呼ばれる弱い圧縮波となって車両よりも
速い音速でトンネル内を伝播する。この微気圧波は一部
がトンネル出口で反射し、大部分はトンネル外に音とな
って放出される。この場合には、トンネル外に放出され
る微気圧波を小さくすることは高速車両が環境に及ぼす
影響を少なくするうえで極めて重要な課題である。
【０００５】このため、高速車両の先頭形状として主に
第一の課題である空気抵抗を低減するためにいくつかの
形状が提案されている。
第一の課題である空気抵抗を低減するためにいくつかの
形状が提案されている。
【０００６】第１の従来例として、特開平5−124511号
の公報には、リニア−モ−タ−カ−に対し、先端部の角
度を小さく、次第に大きくしてあたかも空気をすくいあ
げるような先頭形状が記載されている。
の公報には、リニア−モ−タ−カ−に対し、先端部の角
度を小さく、次第に大きくしてあたかも空気をすくいあ
げるような先頭形状が記載されている。
【０００７】リニア−モ−タ−カ−では新幹線電車の車
輪に代わり超伝導磁石で駆動されるために車両の両側面
にガイドウエイと呼ばれる電磁石を並べた垂直な壁が置
かれている。車両の台車部分が路盤と両端のガイドウエ
イでとりかこまれ、かつ車体とこれらの間隔が小さいた
めにガイドウエイの影響が大きくなる。このため、先端
部の空気はガイドウエイがあるために車両の両側面から
は逃げられず、ガイドウエイよりも上方にすくいあげる
られるような先頭形状にならざるを得ない。
輪に代わり超伝導磁石で駆動されるために車両の両側面
にガイドウエイと呼ばれる電磁石を並べた垂直な壁が置
かれている。車両の台車部分が路盤と両端のガイドウエ
イでとりかこまれ、かつ車体とこれらの間隔が小さいた
めにガイドウエイの影響が大きくなる。このため、先端
部の空気はガイドウエイがあるために車両の両側面から
は逃げられず、ガイドウエイよりも上方にすくいあげる
られるような先頭形状にならざるを得ない。
【０００８】また、第２の従来例として、特開平3−611
61号公報には、新幹線電車の先頭形状として先端部が地
表面から離れた高さに先端部を設けて先端部の空気を上
部と下部および左右の４方向に分けて流れるようにした
先頭形状が記載されている。新幹線電車ではリニア−モ
−タ−カ−のようにガイドウエイが無いために先端部で
左右に分けられた流れはそのまま車体の側面に沿って流
れ、空気抵抗が低減できる。
61号公報には、新幹線電車の先頭形状として先端部が地
表面から離れた高さに先端部を設けて先端部の空気を上
部と下部および左右の４方向に分けて流れるようにした
先頭形状が記載されている。新幹線電車ではリニア−モ
−タ−カ−のようにガイドウエイが無いために先端部で
左右に分けられた流れはそのまま車体の側面に沿って流
れ、空気抵抗が低減できる。
【０００９】第３の従来例として、公開文献１に回転楕
円体等の基本的な幾何形状をもつ先頭形状をもとにこれ
らの先端部を切断し丸めたリニア−モ−タ−カ−の先頭
形状が記載されている。これは第二の課題に対応してお
り、先端部がトンネル突入に対しほとんど影響を及ぼさ
ないという実験にもとづいている。
円体等の基本的な幾何形状をもつ先頭形状をもとにこれ
らの先端部を切断し丸めたリニア−モ−タ−カ−の先頭
形状が記載されている。これは第二の課題に対応してお
り、先端部がトンネル突入に対しほとんど影響を及ぼさ
ないという実験にもとづいている。
【００１０】文献：Tatuo,Maeda et.al.,"Effect of Sh
ape of Train Nose on CompressionWave generated by
Train Entering Tunnel."(the international conferen
ceon speedup technology for railway and MAGLEV veh
icles, 1993, Yokohama,Japan)
ape of Train Nose on CompressionWave generated by
Train Entering Tunnel."(the international conferen
ceon speedup technology for railway and MAGLEV veh
icles, 1993, Yokohama,Japan)
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】第１および第２の従来
例は、いづれも第一の課題に対応し、空気抵抗を低減さ
せるための先頭形状であり、トンネル突入に対する先頭
形状は考慮されていない。さらに、第２の従来例はリニ
ア−モ−タ−カ−固有のガイドウエイの影響をうけた先
頭形状であり、ガイドウエイを用いることのない高速車
両の場合、有効な効果が期待できない。
例は、いづれも第一の課題に対応し、空気抵抗を低減さ
せるための先頭形状であり、トンネル突入に対する先頭
形状は考慮されていない。さらに、第２の従来例はリニ
ア−モ−タ−カ−固有のガイドウエイの影響をうけた先
頭形状であり、ガイドウエイを用いることのない高速車
両の場合、有効な効果が期待できない。
【００１２】第３の従来例では、第二の課題であるトン
ネル突入に対する先頭形状に対応しているが第２の従来
例と同様にリニア−モ−タ−カ−固有のガイドウエイの
影響を重視した先頭形状である。
ネル突入に対する先頭形状に対応しているが第２の従来
例と同様にリニア−モ−タ−カ−固有のガイドウエイの
影響を重視した先頭形状である。
【００１３】本発明の目的は、電気車両がトンネルに突
入する場合、トンネルと車両によって生成される微気圧
波を低減するための先頭形状をもつ高速車両を提供する
ことにある。
入する場合、トンネルと車両によって生成される微気圧
波を低減するための先頭形状をもつ高速車両を提供する
ことにある。
【００１４】
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記目的は、車体の先端
部から車体長手方向の他端側へ向かって車体横断面積が
増大する先頭部を有した鉄道車両において、前記先頭部
は先端領域と中間領域とを含んでおり、前記先端領域は
最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置よりも
先端側であり、前記中間領域は前記先端領域よりも前記
他端側であり、前記先端領域及び前記中間領域は夫々一
定の断面積変化率によって車体横断面積が変化してお
り、かつ、前記先端領域の断面積変化率を中間領域の断
面積変化率よりも大きくしたことにより、達成される。
部から車体長手方向の他端側へ向かって車体横断面積が
増大する先頭部を有した鉄道車両において、前記先頭部
は先端領域と中間領域とを含んでおり、前記先端領域は
最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置よりも
先端側であり、前記中間領域は前記先端領域よりも前記
他端側であり、前記先端領域及び前記中間領域は夫々一
定の断面積変化率によって車体横断面積が変化してお
り、かつ、前記先端領域の断面積変化率を中間領域の断
面積変化率よりも大きくしたことにより、達成される。
【００１６】また、前記目的は、前記鉄道車両におい
て、前記先頭部が先端領域と中間領域とからなつてお
り、前記先端領域及び前記中間領域は夫々一定の断面積
変化率によって車体横断面積が変化しており、かつ、前
記先端領域の断面積変化率を前記中間領域の断面積変化
率よりも大きくしたことにより、達成される。
て、前記先頭部が先端領域と中間領域とからなつてお
り、前記先端領域及び前記中間領域は夫々一定の断面積
変化率によって車体横断面積が変化しており、かつ、前
記先端領域の断面積変化率を前記中間領域の断面積変化
率よりも大きくしたことにより、達成される。
【００１７】また、前記目的は、前記鉄道車両におい
て、前記先頭部が、先端領域と中間領域と後端領域とか
ら構成されており、前記先端領域、中間領域、後端領域
は夫々一定の断面積変化率によって車体横断面積が変化
しており、前記先端領域の断面積変化率を前記中間領域
及び前記後端領域の断面積変化率よりも大きくし、か
つ、前記中間領域の断面積変化率を前記後端領域の断面
積変化率よりも大きくしたことにより、達成される。
て、前記先頭部が、先端領域と中間領域と後端領域とか
ら構成されており、前記先端領域、中間領域、後端領域
は夫々一定の断面積変化率によって車体横断面積が変化
しており、前記先端領域の断面積変化率を前記中間領域
及び前記後端領域の断面積変化率よりも大きくし、か
つ、前記中間領域の断面積変化率を前記後端領域の断面
積変化率よりも大きくしたことにより、達成される。
【００１８】また、前記目的は、車体の先端部から車体
長手方向の他端側へ向かって車体横断面積が増大する先
頭部を有した鉄道車両において、前記先頭部は先端領域
と中間領域とを含んでおり、前記中間領域は車体横断面
積が最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置を
含んでおり、前記先端領域と中間領域は、夫々一定の断
面積変化率によって車体横断面積が変化しており、前記
中間領域の断面積変化率を前記先端領域の断面積変化率
よりも小さくしたことにより、達成される。
長手方向の他端側へ向かって車体横断面積が増大する先
頭部を有した鉄道車両において、前記先頭部は先端領域
と中間領域とを含んでおり、前記中間領域は車体横断面
積が最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置を
含んでおり、前記先端領域と中間領域は、夫々一定の断
面積変化率によって車体横断面積が変化しており、前記
中間領域の断面積変化率を前記先端領域の断面積変化率
よりも小さくしたことにより、達成される。
【００１９】さらに、上記目的を達成するために、本発
明は、前記鉄道車両において、前記先頭部は先端領域と
中間領域と後端領域とから構成されており、前記中間領
域は車体横断面積が最大車体横断面積の半分の面積に相
当する位置を含んでおり、前記先端領域、前記中間領域
及び前記後端領域は夫々一定の断面積変化率によって車
体横断面積が変化しており、前記先端領域および前記後
端領域の断面積変化率を前記中間領域の断面積変化率よ
りも大きくしたことを特徴とする。
明は、前記鉄道車両において、前記先頭部は先端領域と
中間領域と後端領域とから構成されており、前記中間領
域は車体横断面積が最大車体横断面積の半分の面積に相
当する位置を含んでおり、前記先端領域、前記中間領域
及び前記後端領域は夫々一定の断面積変化率によって車
体横断面積が変化しており、前記先端領域および前記後
端領域の断面積変化率を前記中間領域の断面積変化率よ
りも大きくしたことを特徴とする。
【００２０】また、本発明は、前記鉄道車両において、
前記中間領域に運転室前面窓を形成しており、前記運転
室前面窓を前方注視可能な角度に設置したことを特徴と
する。
前記中間領域に運転室前面窓を形成しており、前記運転
室前面窓を前方注視可能な角度に設置したことを特徴と
する。
【００２１】
【００２２】
【作用】本発明は、微気圧波を低減するために先頭形状
の断面積変化率と微気圧波との相関性に関する理論に基
づき最適な先頭形状を得るものである。
の断面積変化率と微気圧波との相関性に関する理論に基
づき最適な先頭形状を得るものである。
【００２３】最初に、車両がトンネルに突入したときに
トンネルと車両の間でどのような現象が生じているかを
説明する。
トンネルと車両の間でどのような現象が生じているかを
説明する。
【００２４】図１に軸対称物体で模擬した車両が明かり
区間を走行するときに車両のまわりに発生する等圧力線
分布を模式的に示す。いま、先頭形状を先端から先端領
域１、中間領域２、後端領域３の３つの領域に分けて定
義することにする。
区間を走行するときに車両のまわりに発生する等圧力線
分布を模式的に示す。いま、先頭形状を先端から先端領
域１、中間領域２、後端領域３の３つの領域に分けて定
義することにする。
【００２５】淀み領域と呼ばれる先端領域１を含む前方
の領域では空気の流れがせきとめられて減速する。この
減速した運動エネルギ−は圧力に変わるために先端領域
１で圧力が一様流（車両と同じ速度の流れ）の圧力より
も上昇する。これを高圧域４と呼ぶことにする。
の領域では空気の流れがせきとめられて減速する。この
減速した運動エネルギ−は圧力に変わるために先端領域
１で圧力が一様流（車両と同じ速度の流れ）の圧力より
も上昇する。これを高圧域４と呼ぶことにする。
【００２６】後端領域３を含む後方領域では後方にむけ
て物体の車体横断面積がもはや増加しないために流れを
妨げることはない。このため、先端領域１とは逆にこれ
まで増加していた圧力は運動エネルギ−に変換されて圧
力が一様流の圧力よりも低下することになる。これを低
圧域５と呼ぶことにする。
て物体の車体横断面積がもはや増加しないために流れを
妨げることはない。このため、先端領域１とは逆にこれ
まで増加していた圧力は運動エネルギ−に変換されて圧
力が一様流の圧力よりも低下することになる。これを低
圧域５と呼ぶことにする。
【００２７】高圧域４から低圧域５に変わる領域が遷移
域６である。この遷移域６は物体形状によって異なる
が、例えば流れ方向に投影された最大車体横断面積比が
おおよそ軸対称物体で１／３倍、球で４／９倍の位置を
含む中間領域２となる。遷移域６を境にして空気の圧力
が変化するためこの領域が極めて重要であることが理解
できる。
域６である。この遷移域６は物体形状によって異なる
が、例えば流れ方向に投影された最大車体横断面積比が
おおよそ軸対称物体で１／３倍、球で４／９倍の位置を
含む中間領域２となる。遷移域６を境にして空気の圧力
が変化するためこの領域が極めて重要であることが理解
できる。
【００２８】次に、車両がトンネルに突入するときには
先端部分がトンネル入口に近づくまでこの圧力分布は車
両と共に移動し、トンネルで高圧域４が変化して微気圧
波になる。従って、高圧域４の発達は遷移域６によって
支配されるために微気圧波を低減するには遷移域６に接
するこの中間領域２の断面形状を工夫することが重要に
なる。
先端部分がトンネル入口に近づくまでこの圧力分布は車
両と共に移動し、トンネルで高圧域４が変化して微気圧
波になる。従って、高圧域４の発達は遷移域６によって
支配されるために微気圧波を低減するには遷移域６に接
するこの中間領域２の断面形状を工夫することが重要に
なる。
【００２９】図２に本理論の基本となる概念を模式的に
示す。既に述べたように車体形状と微気圧波の間には相
関がある。本理論はこの相関を基本的な幾何形状である
回転放物体をもとに定め、車体断面積変化から圧力勾配
の時間変化を求める方法である。
示す。既に述べたように車体形状と微気圧波の間には相
関がある。本理論はこの相関を基本的な幾何形状である
回転放物体をもとに定め、車体断面積変化から圧力勾配
の時間変化を求める方法である。
【００３０】図２（ａ）に示すように回転放物体の車体
横断面積は先端からの距離に比例して増加する。断面積
変化率は車体横断面積を長さ方向に距離で微分すると自
動的に求めることができる。回転放物体の断面積変化率
は図２（ｂ）示すように一定である。他方、回転放物体
について圧力および圧力勾配の時間変化は図２（ｃ）お
よび図２（ｄ）に示すように微気圧波の基礎的な実験と
して公開文献１で得られている。そこで、断面積変化率
と圧力勾配の時間変化を対応させ、両者の関係を表す相
関関数を図２（ｄ）とする。従って、この相関関数をも
とにすればいかなる先頭形状でも車体の断面積変化から
圧力勾配の時間変化を求めることができる。
横断面積は先端からの距離に比例して増加する。断面積
変化率は車体横断面積を長さ方向に距離で微分すると自
動的に求めることができる。回転放物体の断面積変化率
は図２（ｂ）示すように一定である。他方、回転放物体
について圧力および圧力勾配の時間変化は図２（ｃ）お
よび図２（ｄ）に示すように微気圧波の基礎的な実験と
して公開文献１で得られている。そこで、断面積変化率
と圧力勾配の時間変化を対応させ、両者の関係を表す相
関関数を図２（ｄ）とする。従って、この相関関数をも
とにすればいかなる先頭形状でも車体の断面積変化から
圧力勾配の時間変化を求めることができる。
【００３１】本理論の適用例として、他の基本的な幾何
形状として知られている回転楕円体および回転円錐体に
ついて本理論を適用する。図３は回転楕円体、回転円錐
体および回転放物体の断面積の変化を、図４はこれらの
断面積変化率を示す。図５は断面積変化率に相関関数を
乗じて得られた圧力勾配の時間変化を示す。図５から明
らかなように圧力勾配の時間変化の最大値は回転楕円体
および回転円錐体で互いに等しくその位置は先端距離の
中央を境に中央より前後する。これは図４の回転楕円体
の断面積変化率が先端で最大で後端で最小に、回転円錐
体では逆になるためでる。さらに重要なことは、回転楕
円体および回転円錐体の圧力勾配の時間変化の最大値が
回転放物体のそれよりも大きくなることである。すなわ
ち、三者の形状のうちで圧力勾配の時間変化の最小とな
る形状は回転放物体であることになる。このように本理
論を用いて得られた結果は公開文献１でなされている実
験結果とも一致しており、本理論が有効であるという根
拠にすることができる。
形状として知られている回転楕円体および回転円錐体に
ついて本理論を適用する。図３は回転楕円体、回転円錐
体および回転放物体の断面積の変化を、図４はこれらの
断面積変化率を示す。図５は断面積変化率に相関関数を
乗じて得られた圧力勾配の時間変化を示す。図５から明
らかなように圧力勾配の時間変化の最大値は回転楕円体
および回転円錐体で互いに等しくその位置は先端距離の
中央を境に中央より前後する。これは図４の回転楕円体
の断面積変化率が先端で最大で後端で最小に、回転円錐
体では逆になるためでる。さらに重要なことは、回転楕
円体および回転円錐体の圧力勾配の時間変化の最大値が
回転放物体のそれよりも大きくなることである。すなわ
ち、三者の形状のうちで圧力勾配の時間変化の最小とな
る形状は回転放物体であることになる。このように本理
論を用いて得られた結果は公開文献１でなされている実
験結果とも一致しており、本理論が有効であるという根
拠にすることができる。
【００３２】以上の結果より、微気圧波の圧力勾配の時
間変化を低減するには先頭形状として最も望ましい形状
は回転放物体である。車両速度が遅く微気圧波が強くな
い場合には、先頭形状が変化する距離を長くする必要が
ないために回転放物体でも実用上の問題はない。しかし
ながら、車両速度が速くなると車体横断面積が変化する
距離を長くせざるをえず、回転放物体では体積の確保の
観点から次のような課題が重要になる。すなわち、先頭
車には運転室および乗客室のために必要な容積を確保す
るという点から回転放物体は最適とはいえない。体積の
確保の観点から回転放物体よりも体積が大きい回転楕円
体があるが圧力勾配の時間変化が回転放物体よりも大き
いという欠点がある。
間変化を低減するには先頭形状として最も望ましい形状
は回転放物体である。車両速度が遅く微気圧波が強くな
い場合には、先頭形状が変化する距離を長くする必要が
ないために回転放物体でも実用上の問題はない。しかし
ながら、車両速度が速くなると車体横断面積が変化する
距離を長くせざるをえず、回転放物体では体積の確保の
観点から次のような課題が重要になる。すなわち、先頭
車には運転室および乗客室のために必要な容積を確保す
るという点から回転放物体は最適とはいえない。体積の
確保の観点から回転放物体よりも体積が大きい回転楕円
体があるが圧力勾配の時間変化が回転放物体よりも大き
いという欠点がある。
【００３３】そこで、体積が確保できかつ回転放物体の
ように圧力勾配の時間変化の小さい先頭形状が最適とな
る。前述の理論では先端距離の中央の前後で相関関数が
最大となるから中間領域で断面積変化率を小さく、先端
領域および後端領域で大きくすればこの課題を解決でき
る。すなわち、断面積変化率の異なる複数の回転放物体
を組合せて先頭形状を形成すれば良いことになる。
ように圧力勾配の時間変化の小さい先頭形状が最適とな
る。前述の理論では先端距離の中央の前後で相関関数が
最大となるから中間領域で断面積変化率を小さく、先端
領域および後端領域で大きくすればこの課題を解決でき
る。すなわち、断面積変化率の異なる複数の回転放物体
を組合せて先頭形状を形成すれば良いことになる。
【００３４】図６は基本となる回転放物体の車体横断面
積および断面積変化率を示す。一つの回転放物体のみで
先頭形状が作られていることからこれを１段放物体断面
積形状と呼ぶことにする。以後Ｎ個の回転放物体で作ら
れ先頭形状をＮ段放物体断面積形状と呼ぶことにする。
ここで斜線で囲まれた面積（断面積の変化率の積分値）
は断面積に等しくなるため常に一定となる。この先頭部
形状にあっては、運転室および乗客室の確保のための有
効な容積確保が困難であった。
積および断面積変化率を示す。一つの回転放物体のみで
先頭形状が作られていることからこれを１段放物体断面
積形状と呼ぶことにする。以後Ｎ個の回転放物体で作ら
れ先頭形状をＮ段放物体断面積形状と呼ぶことにする。
ここで斜線で囲まれた面積（断面積の変化率の積分値）
は断面積に等しくなるため常に一定となる。この先頭部
形状にあっては、運転室および乗客室の確保のための有
効な容積確保が困難であった。
【００３５】そこで、先頭部を三分割し、車体横断面積
が最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置を含
んでいる中間領域を先端領域よりも断面積変化率を大き
くして、車体横断面積がトンネルに対して相対的に小さ
い部分で、短い寸法範囲内において断面積を極力大きく
し、トンネルに対して比較的に断面積が大きい最大車体
横断面積の約半分をなす位置を含む中間領域を前記先端
部分より断面積変化率を小さくすることにより、微気圧
波の圧力勾配をなだらかにすることができる。また、前
記中間領域に運転室を設置して前面窓を構成する場合
に、前記前面窓の注視可能な角度を確保するめに、該前
面窓に対応した両側方部分より下方に凹み部を形成して
おり、前記微気圧波の勾配をなだらかにするとともに運
転室前面窓の視界を確保することができる。
が最大車体横断面積の半分の断面積に相当する位置を含
んでいる中間領域を先端領域よりも断面積変化率を大き
くして、車体横断面積がトンネルに対して相対的に小さ
い部分で、短い寸法範囲内において断面積を極力大きく
し、トンネルに対して比較的に断面積が大きい最大車体
横断面積の約半分をなす位置を含む中間領域を前記先端
部分より断面積変化率を小さくすることにより、微気圧
波の圧力勾配をなだらかにすることができる。また、前
記中間領域に運転室を設置して前面窓を構成する場合
に、前記前面窓の注視可能な角度を確保するめに、該前
面窓に対応した両側方部分より下方に凹み部を形成して
おり、前記微気圧波の勾配をなだらかにするとともに運
転室前面窓の視界を確保することができる。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の複数の実施例を説明する。図
７は本発明を適用した２段放物体断面積形状（二つの回
転放物体で先頭形状が作られている）の例である。先端
領域１１では相関関数が小さいために断面積変化率を大
きくし、相関関数の大きい中間領域１２で断面積変化率
を小さくしている。後端領域１３の断面積変化率は中間
領域１２と同一である。先端領域の断面積変化率が大き
いために必要な運転室の体積を確保することができる。
また、中間領域１２および後端領域１３の車体横断面積
の変化率を小さくとれるために圧力勾配の時間変化を１
段放物体断面積形状よりも低減できる。
７は本発明を適用した２段放物体断面積形状（二つの回
転放物体で先頭形状が作られている）の例である。先端
領域１１では相関関数が小さいために断面積変化率を大
きくし、相関関数の大きい中間領域１２で断面積変化率
を小さくしている。後端領域１３の断面積変化率は中間
領域１２と同一である。先端領域の断面積変化率が大き
いために必要な運転室の体積を確保することができる。
また、中間領域１２および後端領域１３の車体横断面積
の変化率を小さくとれるために圧力勾配の時間変化を１
段放物体断面積形状よりも低減できる。
【００３７】２段放物体断面積形状の欠点は相関関数の
小さい後端領域１３でも中間領域１２と同一の小さい車
体横断面積の変化率にならざるを得ないために中間領域
２が制限されることになる。
小さい後端領域１３でも中間領域１２と同一の小さい車
体横断面積の変化率にならざるを得ないために中間領域
２が制限されることになる。
【００３８】この問題を解決する例として本発明を適用
した３段放物体断面積形状を図８に示す。この例では、
微気圧波の低減に重要であって、車体横断面積が最大車
体横断面積の半分の断面積に相当する位置を含んでいる
中間領域２２を、先端領域２１および後端領域２３に対
して独立して定め、その車体横断面積の変化率を設定し
ている。この先端領域２１、中間領域２２および後端領
域２３は、車体横断面積が車体長手方向について変化す
る部分すなわち先頭部をその車体長手方向の距離につい
てほぼ三等分することによって構成される。前記中間領
域２２は、車体横断面積が最大車体横断面積の半分の断
面積に相当する位置を含み、前記位置の車体長手方向つ
いて微気圧波の圧力勾配の増減に顕著な影響を与える範
囲に設定される。
した３段放物体断面積形状を図８に示す。この例では、
微気圧波の低減に重要であって、車体横断面積が最大車
体横断面積の半分の断面積に相当する位置を含んでいる
中間領域２２を、先端領域２１および後端領域２３に対
して独立して定め、その車体横断面積の変化率を設定し
ている。この先端領域２１、中間領域２２および後端領
域２３は、車体横断面積が車体長手方向について変化す
る部分すなわち先頭部をその車体長手方向の距離につい
てほぼ三等分することによって構成される。前記中間領
域２２は、車体横断面積が最大車体横断面積の半分の断
面積に相当する位置を含み、前記位置の車体長手方向つ
いて微気圧波の圧力勾配の増減に顕著な影響を与える範
囲に設定される。
【００３９】この３段放物体断面積形状による効果は、
微気圧波の圧力勾配の増大を相当する先頭部の長さを長
くすることなく、必要な運転室の体積を確保できること
である。同時に中間領域２２から後端領域２３にかけて
の体積の増加によって運転室の視界を確保できることで
実際上極めて有効である。
微気圧波の圧力勾配の増大を相当する先頭部の長さを長
くすることなく、必要な運転室の体積を確保できること
である。同時に中間領域２２から後端領域２３にかけて
の体積の増加によって運転室の視界を確保できることで
実際上極めて有効である。
【００４０】このように車体横断面積の変化率を三段階
に変化させた３段放物体断面積形状の有効性を車両がト
ンネルに突入した時の現象に対応させて以下に説明す
る。
に変化させた３段放物体断面積形状の有効性を車両がト
ンネルに突入した時の現象に対応させて以下に説明す
る。
【００４１】車体の先端領域２１の車体横断面積はトン
ネル開口面積に比べて小さく、該トンネルへの突入時に
おける微気圧波への影響は小さい。従って、この部分の
車体横断面積の変化率を比較的に大きくしても微気圧波
の圧力勾配を立たせる度合いは中間領域２２に比べてそ
の影響は小さいといえる。すなわち、車体の先端領域２
１はトンネル突入時にまわりに押しやられる空気量が少
なく、車体横断面積の変化率を比較的に大きくしても微
気圧波への影響は少ない。一方、先頭部の中間領域２２
の車体横断面積がトンネル開口面積に占める割合が大き
くなることからまわりに押しやられる空気量が多くな
り、突入時の車両先頭部前面の空気圧が上昇することに
なる。この圧力上昇を先頭部の中間領域２２の断面積変
化率を小さくすることにより、微気圧波の圧力勾配をね
かせることができる。
ネル開口面積に比べて小さく、該トンネルへの突入時に
おける微気圧波への影響は小さい。従って、この部分の
車体横断面積の変化率を比較的に大きくしても微気圧波
の圧力勾配を立たせる度合いは中間領域２２に比べてそ
の影響は小さいといえる。すなわち、車体の先端領域２
１はトンネル突入時にまわりに押しやられる空気量が少
なく、車体横断面積の変化率を比較的に大きくしても微
気圧波への影響は少ない。一方、先頭部の中間領域２２
の車体横断面積がトンネル開口面積に占める割合が大き
くなることからまわりに押しやられる空気量が多くな
り、突入時の車両先頭部前面の空気圧が上昇することに
なる。この圧力上昇を先頭部の中間領域２２の断面積変
化率を小さくすることにより、微気圧波の圧力勾配をね
かせることができる。
【００４２】以下、前記図８で示した３段放物体断面積
形状にもとづいた本発明の具体的な実施例を図９により
説明する。先端領域３１、中間領域３２および後端領域
３３からなる先頭形状をもつ。中間領域３２では運転室
側面の車体幅を台枠近傍の幅寸法より狭くし、運転室の
前面窓を前方注視可能な角度を確保している。すなわ
ち、台枠上部の横断面形状において、運転室両側面部分
にそれぞれ凹み部３４を形成した構成となっている。た
だし、台枠部分は台車設置位置まで一様な高さと幅寸法
が必要となるため、前記車体幅のしぼり込みすなわち運
転室両側面の凹み部３４は台車設置位置までは台枠より
上方の側構体部分に形成する。また、台車設置位置より
先端側では幅寸法を減少させることも可能となる。
形状にもとづいた本発明の具体的な実施例を図９により
説明する。先端領域３１、中間領域３２および後端領域
３３からなる先頭形状をもつ。中間領域３２では運転室
側面の車体幅を台枠近傍の幅寸法より狭くし、運転室の
前面窓を前方注視可能な角度を確保している。すなわ
ち、台枠上部の横断面形状において、運転室両側面部分
にそれぞれ凹み部３４を形成した構成となっている。た
だし、台枠部分は台車設置位置まで一様な高さと幅寸法
が必要となるため、前記車体幅のしぼり込みすなわち運
転室両側面の凹み部３４は台車設置位置までは台枠より
上方の側構体部分に形成する。また、台車設置位置より
先端側では幅寸法を減少させることも可能となる。
【００４３】このような構成とすることにより、車体横
断面積がトンネル断面積に対して比較的小さい先端領域
３１において、車体横断面積の断面積変化率を大きくし
て車体長手方向について短い範囲で車体横断面積を確保
し、車体横断面積がトンネル断面積に対して比較的大き
な割合を占める中間領域おいて車体横断面積の断面積変
化率を小さくすることにより、微気圧波の圧力勾配をな
だらかにすることができる。すなわち、先端領域の断面
積変化率を中間領域の断面積変化率よりも大きくするこ
とにより、微気圧波の圧力勾配をなだらかにできるた
め、微気圧波による騒音を低減することができる。 ま
た、本実施例によれば、中間領域の断面積変化率を後端
領域の断面積変化よりも大きくすることにより、中間領
域に運転席を設けて、前面窓を配置して場合に、該前面
窓の傾斜角度を前方注視に支障のない角度に設定するこ
とができる。さらに、運転席を設けた中間領域の両側面
部に凹み部を構成することにより、前記運転室の前面窓
の傾斜角度を確保しながら、断面積変化率の関係を先端
領域よりも中間領域が小さくなるようにすることがで
き、微気圧波の低減および運転室前面窓の良好な視界を
確保することができる。
断面積がトンネル断面積に対して比較的小さい先端領域
３１において、車体横断面積の断面積変化率を大きくし
て車体長手方向について短い範囲で車体横断面積を確保
し、車体横断面積がトンネル断面積に対して比較的大き
な割合を占める中間領域おいて車体横断面積の断面積変
化率を小さくすることにより、微気圧波の圧力勾配をな
だらかにすることができる。すなわち、先端領域の断面
積変化率を中間領域の断面積変化率よりも大きくするこ
とにより、微気圧波の圧力勾配をなだらかにできるた
め、微気圧波による騒音を低減することができる。 ま
た、本実施例によれば、中間領域の断面積変化率を後端
領域の断面積変化よりも大きくすることにより、中間領
域に運転席を設けて、前面窓を配置して場合に、該前面
窓の傾斜角度を前方注視に支障のない角度に設定するこ
とができる。さらに、運転席を設けた中間領域の両側面
部に凹み部を構成することにより、前記運転室の前面窓
の傾斜角度を確保しながら、断面積変化率の関係を先端
領域よりも中間領域が小さくなるようにすることがで
き、微気圧波の低減および運転室前面窓の良好な視界を
確保することができる。
【００４４】図１０は本発明を適用した３段放物体断面
積形状の他の例を示す。この例では中間領域４２の車体
横断面積の変化率を中間領域４２および後端領域４３よ
り小さくできるために微気圧波の低減効果は大きい。こ
のままでは中間領域４２で運転室の視界を確保すること
は難しいが、運転室を後端領域４３においてもコンピュ
−タ処理による運転で視界が確保できれば実現可能であ
る。
積形状の他の例を示す。この例では中間領域４２の車体
横断面積の変化率を中間領域４２および後端領域４３よ
り小さくできるために微気圧波の低減効果は大きい。こ
のままでは中間領域４２で運転室の視界を確保すること
は難しいが、運転室を後端領域４３においてもコンピュ
−タ処理による運転で視界が確保できれば実現可能であ
る。
【００４５】図１１は本発明を適用した４段放物体断面
積形状の例を示す。この例は段数が増えるためにより車
体横断面積の変化をより自由にできる。基本的な考えは
３段放物体断面積形状と同様であり、さらに運転室の体
積を確保したり、運転室前面窓の視界を確保できるが、
逆に段数が増えると微気圧波を低減できる効果が薄れて
くる。
積形状の例を示す。この例は段数が増えるためにより車
体横断面積の変化をより自由にできる。基本的な考えは
３段放物体断面積形状と同様であり、さらに運転室の体
積を確保したり、運転室前面窓の視界を確保できるが、
逆に段数が増えると微気圧波を低減できる効果が薄れて
くる。
【００４６】 これらの実施例によれば、先頭形状の車体
横断面積の変化率から微気圧波が求められる理論に基づ
き先頭形状を最適化しており、微気圧波の圧力勾配の時
間変化を低減することができる。また、微気圧波の圧力
勾配の時間変化の低減を図りながら、長い先頭部におい
ても運転室および乗客室のために必要な先頭車の容積を
確保することが可能である。さらに、運転室前面窓の充
分な視界を確保できる。
横断面積の変化率から微気圧波が求められる理論に基づ
き先頭形状を最適化しており、微気圧波の圧力勾配の時
間変化を低減することができる。また、微気圧波の圧力
勾配の時間変化の低減を図りながら、長い先頭部におい
ても運転室および乗客室のために必要な先頭車の容積を
確保することが可能である。さらに、運転室前面窓の充
分な視界を確保できる。
【発明の効果】本発明によれば、先頭車がトンネルに突
入してトンネルと車両によって生成される微気圧波を低
減することができる。
入してトンネルと車両によって生成される微気圧波を低
減することができる。
【００４７】また、本発明によれば、微気圧波の圧力勾
配の時間変化の低減を図りながら、長い先頭部において
も運転室および乗客室のために必要な先頭車の容積を確
保することが可能である。
配の時間変化の低減を図りながら、長い先頭部において
も運転室および乗客室のために必要な先頭車の容積を確
保することが可能である。
【００４８】さらに、本発明によれば、運転室前面窓の
充分な視界を確保できる。
充分な視界を確保できる。
【図１】走行する物体まわりに生ずる圧力分布の模式図
である。
である。
【図２】本発明の原理となる理論の模式図である。
【図３】回転放物体、回転楕円体および回転円錐体の断
面積と先端からの距離の関係を示す図である。
面積と先端からの距離の関係を示す図である。
【図４】回転放物体、回転楕円体および回転円錐体の断
面積の変化率を示す図である。
面積の変化率を示す図である。
【図５】本発明の原理となる理論を適用して得られた圧
力勾配の時間変化を示す図である。
力勾配の時間変化を示す図である。
【図６】１段放物体断面積形状の模式図である。
【図７】本発明を適用した２段放物体断面積形状図の模
式図である。
式図である。
【図８】本発明を適用した３段放物体断面積形状図の模
式図である。
式図である。
【図９】本発明を適用した３段放物体断面積形状の立体
的な車体形状を示した斜視図である。
的な車体形状を示した斜視図である。
【図１０】本発明を適用した３段放物体断面積形状図の
模式図である。
模式図である。
【図１１】本発明を適用した４段放物体断面積形状図の
模式図である。
模式図である。
１１…先端領域、１２…中間領域、１３…後端領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大場 英資 山口県下松市大字東豊井794番地 株式 会社 日立製作所 笠戸工場内 (56)参考文献 特開 平７−89439（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B61D 17/02
Claims (6)
- 【請求項１】 車体の先端部から車体長手方向の他端側へ
向かって車体横断面積が増大する先頭部を有した鉄道車
両において、前記先頭部は先端領域と中間領域とを含ん
でおり、前記先端領域は最大車体横断面積の半分の断面
積に相当する位置よりも先端側であり、前記中間領域は
前記先端領域よりも前記他端側であり、前記先端領域及
び前記中間領域は夫々一定の断面積変化率によって車体
横断面積が変化しており、かつ、前記先端領域の断面積
変化率を中間領域の断面積変化率よりも大きくしたこと
を特徴とする鉄道車両。 - 【請求項２】 請求項１に記載の鉄道車両において、前記
先頭部は先端領域と中間領域とからなつており、前記先
端領域及び前記中間領域は夫々一定の断面積変化率によ
って車体横断面積が変化しており、かつ、前記先端領域
の断面積変化率を前記中間領域の断面積変化率よりも大
きくしたことを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項３】 請求項１に記載の鉄道車両において、前記
先頭部は、先端領域と中間領域と後端領域とから構成さ
れており、前記先端領域、中間領域、後端領域は夫々一
定の断面積変化率によって車体横断面積が変化してお
り、前記先端領域の断面積変化率を前記中間領域及び前
記後端領域の断面積変化率よりも大きくし、かつ、前記
中間領域の断面積変化率を前記後端領域の断面積変化率
よりも大きくしたことを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項４】 車体の先端部から車体長手方向の他端側へ
向かって車体横断面積が増大する先頭部を有した鉄道車
両において、前記先頭部は先端領域と中間領域とを含ん
でおり、前記中間領域は車体横断面積が最大車体横断面
積の半分の断面積に相当する位置を含んでおり、前記先
端領域と中間領域は、夫々一定の断面積変化率によって
車体横断面積が変化しており、前記中間領域の断面積変
化率を前記先端領域の断面積変化率よりも小さくしたこ
とを特徴とする鉄道車両。 - 【請求項５】 請求項４に記載の鉄道車両において、前記
先頭部は先端領域と中間領域と後端領域とから構成され
ており、前記中間領域は車体横断面積が最大車体横断面
積の半分の面積に相当する位置を含んでおり、前記先端
領域、前記中間領域及び前記後端領域は夫々一定の断面
積変化率によって車体横断面積が変化しており、前記先
端領域および前記後端領域の断面積変化率を前記中間領
域の断面積変化率よりも大きくしたことを特徴とした鉄
道車両。 - 【請求項６】 請求項４または５に記載の鉄道車両におい
て、前記中間領域に運転室前面窓を形成しており、前記
運転室前面窓を前方注視可能な角度に設置したことを特
徴とする鉄道車両。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7007958A JP2912178B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 鉄道車両 |
| TW085219286U TW346901U (en) | 1995-01-23 | 1996-01-19 | Railway vehicle |
| DE69607993T DE69607993T2 (de) | 1995-01-23 | 1996-01-22 | Schienenfahrzeug |
| EP96300406A EP0722872B2 (en) | 1995-01-23 | 1996-01-22 | Railway vehicle |
| CN96100666A CN1134379A (zh) | 1995-01-23 | 1996-01-23 | 铁路车辆 |
| KR1019960001343A KR100393685B1 (ko) | 1995-01-23 | 1996-01-23 | 철도차량 |
| US08/589,973 US5694858A (en) | 1995-01-23 | 1996-01-23 | Railway vehicle with micro pressure wave reducing contour for tunnel travel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7007958A JP2912178B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 鉄道車両 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10044867A Division JPH10226332A (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 鉄道車両 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08198105A JPH08198105A (ja) | 1996-08-06 |
| JP2912178B2 true JP2912178B2 (ja) | 1999-06-28 |
Family
ID=11680004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7007958A Expired - Fee Related JP2912178B2 (ja) | 1995-01-23 | 1995-01-23 | 鉄道車両 |
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| EP (1) | EP0722872B2 (ja) |
| JP (1) | JP2912178B2 (ja) |
| KR (1) | KR100393685B1 (ja) |
| CN (1) | CN1134379A (ja) |
| DE (1) | DE69607993T2 (ja) |
| TW (1) | TW346901U (ja) |
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| KR100498261B1 (ko) * | 2002-10-28 | 2005-06-29 | 한국생산기술연구원 | 열차의 전두부 구조 |
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| WO2014202147A1 (en) | 2013-06-20 | 2014-12-24 | Bombardier Transportation Gmbh | High-speed rail vehicle provided with a streamlined nose |
| JP6249529B2 (ja) * | 2014-08-25 | 2017-12-20 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 移動体の長さ補正装置とその長さ補正プログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE1941643A1 (de) * | 1969-08-16 | 1971-02-25 | Alexander Hembluck | Spurgebundenes elektromagnetisches Schwebefahrzeug |
| DE2035450C3 (de) * | 1970-07-17 | 1974-05-22 | Rheinstahl Ag, 4300 Essen | Schienentriebfahrzeug mit einem strömungsgünstig ausgebildeten Kopf an beiden Enden |
| CH639329A5 (en) * | 1979-03-04 | 1983-11-15 | Schweizerische Lokomotiv | Rail power unit whose vehicle body has an inclined end-wall part |
| CZ905888A3 (en) * | 1988-12-30 | 1993-04-14 | Skoda Kp | Device for the reduction of aerodynamic resistance of a vehicle |
| EP0379351A1 (en) * | 1989-01-17 | 1990-07-25 | Synphar Laboratories Inc. | 1,4-Dihydropyridine derivatives |
| JPH0361161A (ja) * | 1989-07-31 | 1991-03-15 | Hitachi Ltd | 鉄道車両の先頭部構造 |
| CH679922A5 (en) * | 1989-08-02 | 1992-05-15 | Schweizerische Lokomotiv | Railway locomotive body - has sloping front wall extending for less than full body width |
| FR2675760A1 (fr) * | 1991-04-26 | 1992-10-30 | Sardou Max | Etrave pour vehicule apte a se deplacer dans un fluide comme l'air a une distance relativement fabile d'un sol. |
| JP3626760B2 (ja) * | 1991-11-07 | 2005-03-09 | 三菱重工業株式会社 | 鉄道車両 |
| JPH0789439A (ja) * | 1993-09-20 | 1995-04-04 | West Japan Railway Co | 鉄道先頭車両の先頭形状 |
| FR2717760B1 (fr) * | 1994-03-24 | 1996-04-26 | Gec Alsthom Transport Sa | Dispositif de réduction de la trainée aerodynamique d'une cavité dans un écoulement et véhicule, notamment ferroviaire, comprenant un tel dispositif. |
-
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- 1995-01-23 JP JP7007958A patent/JP2912178B2/ja not_active Expired - Fee Related
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- 1996-01-22 DE DE69607993T patent/DE69607993T2/de not_active Expired - Fee Related
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