JP2001165821A

JP2001165821A - トンネル走行実験方法および装置

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Publication number: JP2001165821A
Application number: JP35349799A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuda; 傑福田; Masanori Iida; 雅宣飯田; Takeshi Matsumura; 豪松村; Yukio Nishiyama; 幸夫西山; Susumu Ishibashi; 進石橋; Masao Sato; 正男佐藤
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1999-12-13
Filing date: 1999-12-13
Publication date: 2001-06-22
Anticipated expiration: 2019-12-13
Also published as: JP3686561B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来より高速で鉄道車両がトンネルを通過する
際に発生する現象を測定・検証可能としたトンネル走行
実験方法及び装置を提供する【解決手段】模擬トンネル３の前方に、模擬車両２の断
面の大きさと同程度のロール間隔を有する回転ロール対
４０を配置し、回転ロール４１を互いに逆方向に回転さ
せ、模擬車両２を、回転ロール対４０のロール間に模擬
トンネル３の反対側から差し込んで模擬トンネル３に向
けて発射して通過させる。ここで、回転ロール対４０を
複数直列に設けるとさらに模擬車両２の速度を高速化で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両がトンネ
ル内を通過する際に発生する現象を実験的に検証するト
ンネル走行実験装置に係り、特にノイズが少なく、ま
た、鉄道車両がトンネルを高速通過する際に発生する現
象を測定可能にしたトンネル走行実験方法及び装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、列車がトンネル内に突入すると
圧縮波および膨張波が生じる。この圧縮波や膨張波がト
ンネル内を伝播して反対側の坑口に到達すると、この圧
縮波あるいは膨張波前面の圧力勾配にほぼ比例したパル
ス状の圧力波（微気圧波）が坑口から外部に放射され
る。この微気圧波の放射は、破裂的な空気圧音（一次
音）を招くだけでなく、坑口付近の家屋の窓ガラスや戸
を急に動かして二次音を発生させる要因となるものであ
り、その抑制防止が重要となっている。具体的な微気圧
波低減対策としては、列車先頭形状を長くしたり、トン
ネル入口にフードを設ける等の手段が講じられている
が、このような列車先頭の最適形状やトンネルフードの
最適構造を定めるには、トンネル走行の模擬実験を行っ
て微気圧波を実測することが極めて望ましい。

【０００３】また、近年は列車のさらなる高速化（時速
３００ｋｍ以上）が進み、上述した微気圧波の他、従来
は問題にならなかった、トンネル突入時およびトンネル
退出時に当該トンネルと列車との相互作用により発生す
る低周波のトンネル突入波、退出波も、微気圧波と同様
の問題をもたらす可能性が出てきている。

【０００４】これらの問題を解決するため、従来から実
験室レベルで上述した諸現象を調べるトンネル走行実験
が行われている。従来のトンネル走行実験としては、例
えば特開平７−１５１６４７号公報に開示されるよう
に、発射筒内に模擬車両を装填し、その後方に一定期間
高圧ガスを供給することにより当該模擬車両を発射して
模擬トンネル内に突入させる方法および装置が知られて
いる。ここで、模擬トンネルおよび模擬車両を軸対称な
形状にして、これらの断面積比を実物と相似にすること
で、時間を圧縮した形で実物と相似なトンネル内圧縮波
形が得られるため、微気圧波の現象を解析し、これらの
低減対策の検討を行える。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した高
圧ガスを利用したトンネル走行実験では、模擬車両発射
時に、高圧ガスの膨張によって空気振動（騒音も含む）
が発生してノイズ源となり、測定に悪影響を与えてい
た。この傾向は模擬車両の発射速度が高速になるほど大
きくなっていた。また、上述したトンネル走行実験で
は、ノイズの悪影響を受けることなく３００ｋｍ以上の
速度でトンネルを通過させることが難しかったため、高
速走行時のトンネル突入波、退出波などの現象を近年の
鉄道の高速化に対応させた状態で測定することは難しか
った。さらに、上述したトンネル走行実験では、模擬車
両の断面積を変更するには発射筒を変更する必要があ
り、容易に変更することは難しかった。

【０００６】そこで、本発明は、ノイズを発生させず、
また、例えば時速３００ｋｍ以上という高速で、任意の
断面積の鉄道車両がトンネルを通過する際に発生する現
象を測定・検証可能としたトンネル走行実験方法及び装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、第１の発明は、例えば図１〜図３に示すように、模
擬車両（２）を発射して模擬トンネル（３）内を通過さ
せるトンネル走行実験方法において、前記模擬トンネル
の前方に、前記模擬車両の断面の大きさと同程度のロー
ル間隔を有する回転ロール対（４０）を配置し、この回
転ロール対を構成する回転ロール（４１）を互いに逆方
向に回転させ、前記模擬車両を、当該回転ロール対のロ
ール間に前記模擬トンネルの反対側から差し込んで前記
模擬トンネルに向けて発射して通過させることを特徴と
する。

【０００８】この請求項１記載の発明において、模擬車
両は回転ロール対の回転により加速されて模擬トンネル
に向けて発射される。すなわち、従来とは模擬車両の発
射方式が異なり、回転ロール対の回転速度を上げたり、
あるいは回転ロール対を複数走行方向に並べてこれらの
間に模擬車両を順次通して順次加速することにより、従
来より高速で模擬車両を模擬トンネルに向けて発射する
ことができる。このため、模擬車両発射時のノイズは従
来の高圧ガスを利用した方法より格段に小さいため、よ
り高精度の測定を行える。また、従来より高速で鉄道車
両がトンネルを通過する際に発生する現象や、トンネル
−トンネル間が非常に短い場合、その間すなわち明かり
区間を通過する際に発生する現象を測定することが可能
になる。

【０００９】例えば、列車通過時のトンネル内の気圧変
動を測定するには、請求項２記載のように、模擬トンネ
ルの内部に圧力センサ（３１）を設ければよい。また、
トンネルに突入・退出する際にトンネル出入り口で発生
する低周波空気振動（例えばトンネル突入波、退出波
で、現地では数ヘルツ程度、模型では数十ヘルツ程度）
を測定するには、請求項３記載のように、模擬トンネル
の出入り口の少なくとも一方の近傍に低周波空気振動検
出手段（例えばマイクロフォン７）を設ればよい。

【００１０】また、本発明は、請求項４に記載するよう
に、模擬トンネルと発射手段との間に遮音手段（例えば
遮音シート９２）を設けて、回転ロールの回転音と模擬
車両発射音とを遮音して測定に与える影響を防いでもよ
い。また、請求項５に記載するように、模擬トンネルの
周囲に、当該模擬トンネルをほぼ覆うように吸音手段
（例えば吸音材９１）を設け、回転ロールの回転音と模
擬車両発射音の反射を防いで測定に与える影響を防いで
もよい。これら請求項４および５記載の発明によれば、
実験室内で無限空間を模擬することになり、さらに高精
度に鉄道車両がトンネルや明かり区間を通過する際に発
生する現象を測定・検証できる。

【００１１】また、第２の発明は、請求項６に記載し、
また図１〜図３に例示するように、模擬トンネル（２）
と、この模擬トンネルの前方に配置される回転ロール対
（４０）と、この回転ロール対の回転ロール（４１）を
互いに逆方向に回転させる回転手段（例えばモータ４
３）と、からなる発射手段（４）と、前記回転ロール対
のロール間隔と同程度の断面の大きさを有する模擬車両
（２）と、この模擬車両を前記回転ロール対のロール間
から前記模擬トンネルまで案内する案内手段（例えばピ
アノ線５）とを備えたトンネル走行実験装置であること
を特徴とする。

【００１２】この請求項６記載の発明によれば、第１の
発明を行うトンネル走行実験装置を提供できる。ここ
で、回転ロールとしては、例えば請求項７に記載するよ
うに、金属製であり、ロール面全周に弾性材（例えばゴ
ム材４４）を備える構成とする。これにより、模擬車両
は発射時に回転ロールによって傷つけられにくくなると
ともに、発射に必要な摩擦力が得られる。また、一つの
回転ロール対を形成する各回転ロールの回転速度は同じ
であり、好ましくは、例えばインバータ等を含む制御回
路で意図する速度に調節可能な構成にする。

【００１３】また、この第２の発明は、請求項８に記載
し、図２に例示するように、回転ロール対を複数直列に
備える構成としてもよい。この場合は、模擬車両をより
高速で模擬トンネル内に突入させることができる。ここ
で、各回転ロール対は、好ましくは各々別個に制御回路
で速度調節が可能な構成にして、最も効率よく模擬車両
を加速できるように速度比を設定する。

【００１４】また、請求項９記載の発明は、請求項６〜
８のいずれかに記載のトンネル走行実験装置において、
模擬トンネルの内壁に、当該模擬トンネル内の圧力を測
定する圧力センサ（３１）を備えることを特徴とする。
また、請求項１０記載の発明は、請求項６〜９のいずれ
かに記載のトンネル走行実験装置において、模擬トンネ
ルの出入り口の少なくとも一方の近傍に、低周波空気振
動検出手段（例えばマイクロフォン７）を備えることを
特徴とする。これら請求項９または１０記載の発明によ
れば、請求項３または４記載のトンネル走行実験方法を
行う装置を提供できる。

【００１５】また、請求項１１記載の発明は、請求項６
〜１０のいずれかに記載のトンネル走行実験装置におい
て、回転ロールの回転音と模擬車両発射音の反射を防い
でこれらが測定に影響を与えることを防ぐ為に、模擬ト
ンネルの周囲に、当該模擬トンネルをほぼ覆う吸音手段
（例えば吸音材９１）を備えることを特徴とする。ま
た、請求項１２記載の発明は、請求項６〜１１のいずれ
かに記載のトンネル走行実験装置において、回転ロール
の回転音と模擬車両発射音とを遮音して測定に与える影
響を防ぐために、前記模擬トンネルと発射手段との間に
遮音手段（例えば遮音シート９２）を備えることを特徴
とする。これら請求項１１および１２記載の発明によれ
ば、請求項４および５記載のトンネル実験方法を行う装
置を提供できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図を用いて本発明の一実施
例であるトンネル走行実験装置１について詳細に説明す
る。図１はトンネル走行実験装置１の構成を説明する概
略図であり、図２はトンネル走行実験装置１の発射手段
４の側面図であり、図３は発射手段４の正面図であり、
図４はトンネル走行実験装置１の測定結果の一例を示す
グラフである。

【００１７】トンネル走行実験装置１は、図１に示すよ
うに、周知の模擬車両２と、圧力センサ３１を内蔵した
周知の模擬トンネル３と、模擬車両２を発射する発射手
段４と、発射手段４から発射された模擬車両２を模擬ト
ンネル３に案内するピアノ線５（案内手段）と、模擬車
両２の速度を測定するために模擬トンネル３の入口付近
に設けられた周知の速度センサー６と、模擬トンネル３
の入り口付近および出口付近にそれぞれ設けられたマイ
クロフォン７（低周波振動検出手段）と、模擬トンネル
３を通過した模擬車両２を制動する周知の制動手段８
と、模擬車両２の発射音がマイクロフォン７に届くのを
防ぐ防音手段９と、により概略構成されており、模擬車
両２が模擬トンネル３を通過する際に、模擬トンネル３
内で発生する圧縮波や膨張波を圧力センサ３１で、模擬
トンネル３の入口で発生する突入波・退出波や模擬トン
ネル３の出口で発生する微気圧波等をマイクロフォン７
で、それぞれ測定・検証する装置である。

【００１８】発射手段４は、図２および図３に示すよう
に、３個の回転ロール対４０を直列に並べた３段構成で
あり、側面に設けた挿入口４ａから、一端側の回転ロー
ル対４０のロール間に模擬車両２を差し込み、３つの回
転ロール対４０で順次加速して、他端側の回転ロール対
４０から発射する装置である。この際、各回転ロール対
４０の回転速度は、一端側から他端側に行くにつれて順
次速くなっている。

【００１９】ここで、回転ロール対４０は、例えば直径
が５０〜１００ｃｍ程度の２個の金属製の回転ロール４
１を、互いに上下に位置するように支持枠４２に取り付
け、さらに、各回転ロール４１にモータ４３を直結した
構成である。また、回転ロール４１のロール面にはゴム
材４４を貼り付けてある。さらに、少なくとも一方の回
転ロール４１はモータ４３と共に上下に移動可能となっ
ており、模擬車両２の断面の形状や大きさに合わせて回
転ロール４１の間隔を調節できる構成となっている。

【００２０】ピアノ線５は、模擬車両２のほぼ中心を走
行方向に貫いており、一端は３つの回転ロール対４０の
ロール間を通り抜けて発射手段４の差込側より先に位置
しており、他端は模擬トンネル３の中を通り抜けた先に
位置している。また、ピアノ線５は緊張装置（図示省
略）により張力を与えられた状態に維持されている。

【００２１】マイクロフォン７は、任意の位置で測定で
きるように取り付け位置が可変となっている。また、マ
イクロフォン７としては、測定対象となる空気振動の周
波数に合った特性のマイクロフォンを用いる。例えばト
ンネル突入波を測定する場合には、１０〜５００ヘルツ
程度の空気振動を測定対象としたマイクロフォンを用い
る。

【００２２】防音手段９は、当該トンネル走行実験装置
１を覆う吸音材９１（吸音手段）と、模擬トンネル３と
発射手段４との間をピアノ線５近辺を除いて仕切ってい
る遮音シート９２（遮音手段）と、により概略構成され
ている。吸音材９１は、回転ロール４１の回転音（モー
タ４３の駆動音も含む）や模擬車両２の発射音、さらに
は測定対象そのものである突入波・退出波・微気圧波が
トンネル走行実験装置１を設置した部屋の壁や天井、床
面で反射してマイクロフォン７に届くことを防ぐ手段で
ある。また、遮音シート９２は前記した反射音を防ぐ
他、模擬車両２の発射音が直接マイクロフォン７に届く
ことも防ぐ手段である。

【００２３】このような構成のトンネル走行実験装置１
によれば、模擬車両２を、回転ロール対４０を用いて発
射するので、ガス圧力を利用する従来のトンネル走行実
験装置と比べてより低ノイズ下で高精度に、突入波や微
気圧波などの測定を行える。また、防音手段９の働きに
より、模擬車両２の発射音はマイクロフォン７に届かな
いため、さらに低ノイズ下で高精度に突入波・退出波や
微気圧波の測定・検証を高精度で行える。

【００２４】また、高速で模擬車両２を発射できる。こ
のため、従来と比べてより高速でトンネルを通過する際
の現象を測定・検証できる。さらに、発射手段４を回転
ロール対４０の３段構成としたので、回転ロール対４０
が１段若しくは２段の場合と比べ、さらに高速で模擬車
両２を発射できる。

【００２５】この結果、図４（Ａ）（圧力センサ３１に
よる測定結果）、同図（Ｂ）（模擬トンネル３入口側の
ピアノ線５の近くに設置されたマイクロフォン７による
測定結果）、同図（Ｃ）（模擬トンネル３入口側のピア
ノ線５から離れて設置されたマイクロフォン７による測
定結果）、同図（Ｄ）（模擬トンネル３出口側に設置さ
れたマイクロフォン７による測定結果）のグラフに示す
ように、回転ロール対４０が二段の場合（図４各グラフ
中の細線に示す）と比べ、トンネル走行実験装置１（図
４各グラフ中の太線に示す）は、模擬車両２の速度が時
速２８０ｋｍから時速４３０ｋｍに高速化するため、ト
ンネル内で発生する圧縮波や膨張波（図４（Ａ）参照）
やこれらによって発生する微気圧波（図４（Ｄ）参照）
の他、従来例では把握が難しかったトンネル突入時に発
生する突入波（図４（Ｂ）および（Ｃ）参照）も、はっ
きり捉えることが可能となる。

【００２６】なお、本発明は本実施例に限定されるもの
ではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形可
能であり、マイクロフォン７の個数を増やして微気圧波
や突入波の立体的な広がりをさらに精度よく把握するこ
ともできる。さらに、模擬トンネル３の途中で、断面形
状を変えたり分岐部を設けたり、あるいは器材孔を設け
たりすることで、これらが車両のトンネル通過時の諸現
象に与える影響を測定・検討することも可能になる。ま
た、トンネルがない場合の車両通過時の沿線圧力変動等
の測定・検討も可能になる。

【００２７】

【発明の効果】以上より、本発明によれば、模擬車両は
回転ロール対の回転により加速されて模擬トンネルに向
けて発射されるため、回転ロール対の回転速度を上げた
り、あるいは回転ロール対を複数走行方向に並べてこれ
らの間に模擬車両を順次通して順次加速することによ
り、従来より高速で模擬車両を模擬トンネル内を通過さ
せることができる。このため、圧縮波や膨張波、微気圧
波の他、トンネル突入波やトンネル退出波など、鉄道車
両がトンネルを通過する際に発生する現象を、より高速
走行下で測定可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるトンネル走行実験装置
の構成を説明する概略図。

【図２】同トンネル走行実験装置の発射手段の側面図。

【図３】同発射手段の正面図。

【図４】同トンネル走行実験装置の測定結果の一例を示
すグラフ。

【符号の説明】

１トンネル走行実験装置２模擬車両３模擬トンネル４発射手段４ａ挿入口５ピアノ線（案内手段）６速度センサ７マイクロフォン（低周波振動検出手段）８制動手段９防音手段３１圧力センサ４０回転ロール対４１回転ロール４２支持枠４３モータ（回転手段）９１吸音材（吸音手段）９２遮音シート（遮音手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松村豪東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者西山幸夫東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者石橋進東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者佐藤正男東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】模擬車両を発射して模擬トンネル内を通過
させるトンネル走行実験方法において、前記模擬トンネルの前方に、前記模擬車両の断面の大き
さと同程度のロール間隔を有する回転ロール対を配置
し、この回転ロール対を構成する回転ロールを互いに逆方向
に回転させ、前記模擬車両を、当該回転ロール対のロー
ル間に前記模擬トンネルの反対側から差し込んで前記模
擬トンネルに向けて発射して通過させること、を特徴とするトンネル走行実験方法。
【請求項２】請求項１記載のトンネル走行実験方法にお
いて、模擬トンネルの内部に圧力センサを設け、前記模擬車両
が前記模擬トンネル内を通過する際に発生する当該模擬
トンネル内の気圧変動を測定することを特徴とするトン
ネル走行実験方法。
【請求項３】請求項１または２記載のトンネル走行実験
方法において、模擬トンネルの出入り口の少なくとも一方の近傍に低周
波空気振動検出手段を設け、模擬車両が前記模擬トンネ
ルに突入・退出する際に当該模擬トンネルの出入り口近
傍で発生する低周波空気振動を測定することを特徴とす
るトンネル走行実験方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル
走行実験方法において、模擬トンネルと発射手段との間に遮音手段を設けて、回
転ロールの回転音と模擬車両発射音とを遮音して測定に
影響を与えることを防ぐことを特徴とするトンネル走行
実験方法。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載のトンネル
走行実験方法において、模擬トンネルの周囲に、当該模擬トンネルをほぼ覆うよ
うに吸音手段を設け、回転ロールの回転音と模擬車両発
射音の反射を防いでこれらが測定に影響を与えることを
防ぐことを特徴とするトンネル走行実験方法。
【請求項６】模擬トンネルと、この模擬トンネルの前方に配置される回転ロール対と、
この回転ロール対の回転ロールを互いに逆方向に回転さ
せる回転手段と、からなる発射手段と、前記回転ロール対のロール間隔と同程度の断面の大きさ
を有する模擬車両と、この模擬車両を前記回転ロール対のロール間から前記模
擬トンネルまで案内する案内手段と、を備えることを特徴とするトンネル走行実験装置。
【請求項７】請求項６記載のトンネル走行実験装置にお
いて、回転ロールは金属製であり、ロール面全周に弾性材を備
えることを特徴とするトンネル走行実験装置。
【請求項８】請求項６または７記載のトンネル走行実験
装置において、回転ロール対を複数直列に備えることを特徴とするトン
ネル走行実験装置。
【請求項９】請求項６〜８のいずれかに記載のトンネル
走行実験装置において、模擬トンネルの内壁に、当該模擬トンネル内の圧力を測
定する圧力センサを備えることを特徴とするトンネル走
行実験装置。
【請求項１０】請求項６〜９のいずれかに記載のトンネ
ル走行実験装置において、模擬トンネルの出入り口の少なくとも一方の近傍に、低
周波空気振動検出手段を備えることを特徴とするトンネ
ル走行実験装置。
【請求項１１】請求項６〜１０のいずれかに記載のトン
ネル走行実験装置において、回転ロールの回転音と模擬車両発射音の反射を防いでこ
れらが測定に影響を与えることを防ぐ為に、模擬トンネ
ルの周囲に、当該模擬トンネルをほぼ覆う吸音手段を備
えることを特徴とするトンネル走行実験装置。
【請求項１２】請求項６〜１１のいずれかに記載のトン
ネル走行実験装置において、回転ロールの回転音と模擬車両発射音とを遮音して測定
に与える影響を防ぐために、前記模擬トンネルと発射手
段との間に遮音手段を備えることを特徴とするトンネル
走行実験装置。