JP2002053037A - 鉄道車両動揺抑制方法及び鉄道車両 - Google Patents
鉄道車両動揺抑制方法及び鉄道車両Info
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 鉄道車両の動揺の要因となる車体周辺で発生
する渦の影響を低減することができる鉄道車両動揺抑制
方法及び鉄道車両を提供する。 【解決手段】 車体１は、鋼製あるいはアルミ合金製の
骨組み構造体である。車体１の側面下端部には、フィン
１０が設けられている。フィン１０は、車体１の前後方
向に沿って延びるように取り付けられている。フィン１
０の先端（下端縁）と軌道間の距離ｒは、８５ｍｍ程度
（一例）である。フィン１０により、車体１底面と軌道
面の間の空気層と、車体１側面とトンネル側面の間の空
気層とを仕切ることができる。
する渦の影響を低減することができる鉄道車両動揺抑制
方法及び鉄道車両を提供する。 【解決手段】 車体１は、鋼製あるいはアルミ合金製の
骨組み構造体である。車体１の側面下端部には、フィン
１０が設けられている。フィン１０は、車体１の前後方
向に沿って延びるように取り付けられている。フィン１
０の先端（下端縁）と軌道間の距離ｒは、８５ｍｍ程度
（一例）である。フィン１０により、車体１底面と軌道
面の間の空気層と、車体１側面とトンネル側面の間の空
気層とを仕切ることができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両のトンネ
ル内における動揺を抑制する方法に関する。特には、鉄
道車両の動揺の要因となる車体周辺で発生する渦の影響
を低減することができる方法、及び、そのような鉄道車
両に関する。
ル内における動揺を抑制する方法に関する。特には、鉄
道車両の動揺の要因となる車体周辺で発生する渦の影響
を低減することができる方法、及び、そのような鉄道車
両に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
新幹線等の高速列車の速度向上に伴い、車両の左右動揺
が問題になりつつある。車両の動揺が発生すると、乗り
心地が低下する、あるいは、騒音が発生する等といった
諸問題が引き起こされるからである。このような動揺現
象は、以下に述べるような特性がある。 （１）トンネル区間走行時の方が、明かり区間走行時よ
りも動揺が大きい。 （２）連結車両の先頭から後尾に向かって動揺が大きく
なる。 このため、鉄道車両の動揺現象の解明は、トンネル区間
走行時における後尾車両に重点が置かれている。
新幹線等の高速列車の速度向上に伴い、車両の左右動揺
が問題になりつつある。車両の動揺が発生すると、乗り
心地が低下する、あるいは、騒音が発生する等といった
諸問題が引き起こされるからである。このような動揺現
象は、以下に述べるような特性がある。 （１）トンネル区間走行時の方が、明かり区間走行時よ
りも動揺が大きい。 （２）連結車両の先頭から後尾に向かって動揺が大きく
なる。 このため、鉄道車両の動揺現象の解明は、トンネル区間
走行時における後尾車両に重点が置かれている。
【０００３】ところで、動揺現象の要因としては、
（ａ）軌道狂いの影響、（ｂ）蛇行動特性の影響、
（ｃ）空気力の影響等が考えられている。これらの要因
のうち、（ａ）軌道狂いの影響については、例えば鉄道
総研報告、Vol．３、No．４、ｐｐ１３−２０、１９８
９．４において、トンネル区間では軌道狂いと車両動揺
との相関関係が小さいことが解明されている。さらに、
（ｂ）蛇行動特性の影響については、例えば鉄道総研報
告、Vol．９、No．１、ｐｐ１９−２４、１９９５．１
において、蛇行動が発生しやすい高速時には、後尾車両
が他の車両よりも大きく揺れる傾向があることが報告さ
れている。ところが、蛇行動では明かり区間とトンネル
区間の揺れ方の違いの原因を明確に説明できない。この
ような事情から、最近では（ｃ）空気力の影響が注目さ
れている。この空気力の影響のメカニズムを解明するた
め、従来から多くの列車において、車両に働く空気力の
測定が行われている（例えばProceedings of World
Congresson Railway Research E、ｐｐ５３１−５３
８、１９９７参照）。
（ａ）軌道狂いの影響、（ｂ）蛇行動特性の影響、
（ｃ）空気力の影響等が考えられている。これらの要因
のうち、（ａ）軌道狂いの影響については、例えば鉄道
総研報告、Vol．３、No．４、ｐｐ１３−２０、１９８
９．４において、トンネル区間では軌道狂いと車両動揺
との相関関係が小さいことが解明されている。さらに、
（ｂ）蛇行動特性の影響については、例えば鉄道総研報
告、Vol．９、No．１、ｐｐ１９−２４、１９９５．１
において、蛇行動が発生しやすい高速時には、後尾車両
が他の車両よりも大きく揺れる傾向があることが報告さ
れている。ところが、蛇行動では明かり区間とトンネル
区間の揺れ方の違いの原因を明確に説明できない。この
ような事情から、最近では（ｃ）空気力の影響が注目さ
れている。この空気力の影響のメカニズムを解明するた
め、従来から多くの列車において、車両に働く空気力の
測定が行われている（例えばProceedings of World
Congresson Railway Research E、ｐｐ５３１−５３
８、１９９７参照）。
【０００４】以下、空気力の影響よる車両の動揺現象に
ついて、図面を参照しつつ説明する。図１２は、明かり
区間とトンネル区間の車両走行状態を示す模式図であ
る。図１３（Ａ）は、現車試験で測定されたヨーイング
振動角加速度を示すグラフであり、縦軸がヨーイング振
動角加速度（単位ｒａｄ／ｓｅｃ2）を表し、横軸が時
間（単位ｓｅｃ）を表す。図１３（Ｂ）は、現車試験の
測定値から算定された空気力の影響を表すグラフであ
り、縦軸がヨーイングモーメント（単位Ｎｍ）を表し、
横軸が時間（単位ｓｅｃ）を表す。図１４（Ａ）は空気
力の発生メカニズムを説明するための模式図であり、図
１４（Ｂ）は列車側面とトンネル壁間の速度分布を表す
図であり、図１４（Ｃ）は列車床面と軌道面間の速度分
布を表す図である。
ついて、図面を参照しつつ説明する。図１２は、明かり
区間とトンネル区間の車両走行状態を示す模式図であ
る。図１３（Ａ）は、現車試験で測定されたヨーイング
振動角加速度を示すグラフであり、縦軸がヨーイング振
動角加速度（単位ｒａｄ／ｓｅｃ2）を表し、横軸が時
間（単位ｓｅｃ）を表す。図１３（Ｂ）は、現車試験の
測定値から算定された空気力の影響を表すグラフであ
り、縦軸がヨーイングモーメント（単位Ｎｍ）を表し、
横軸が時間（単位ｓｅｃ）を表す。図１４（Ａ）は空気
力の発生メカニズムを説明するための模式図であり、図
１４（Ｂ）は列車側面とトンネル壁間の速度分布を表す
図であり、図１４（Ｃ）は列車床面と軌道面間の速度分
布を表す図である。
【０００５】図１２には、明かり区間Ｉ１を矢印Ｕ方向
に３００ｋｍ／ｈで走行中の１６両編成の列車Ｔが、ト
ンネル区間Ｉ２に進入する状態が示されている。このと
きの明かり区間Ｉ１及びトンネル区間Ｉ２における１４
両目の車両への空気圧の作用を測定する。空気圧は、１
４両目の車両の側面に取り付けた圧力センサＳで測定す
る。
に３００ｋｍ／ｈで走行中の１６両編成の列車Ｔが、ト
ンネル区間Ｉ２に進入する状態が示されている。このと
きの明かり区間Ｉ１及びトンネル区間Ｉ２における１４
両目の車両への空気圧の作用を測定する。空気圧は、１
４両目の車両の側面に取り付けた圧力センサＳで測定す
る。
【０００６】図１３（Ａ）に示すように、車両に作用す
るヨーイング振動角加速度は、明かり区間Ｉ１では±
０．０５ｒａｄ／ｓｅｃ2の範囲内に収まっているのに
対し、トンネル区間Ｉ２では値に大きな変動が生じてい
る。特に、トンネル進入後の３秒〜８秒の５秒間におい
ては、±０．１ｒａｄ／ｓｅｃ2を超える大きな値の変
動が生じている。
るヨーイング振動角加速度は、明かり区間Ｉ１では±
０．０５ｒａｄ／ｓｅｃ2の範囲内に収まっているのに
対し、トンネル区間Ｉ２では値に大きな変動が生じてい
る。特に、トンネル進入後の３秒〜８秒の５秒間におい
ては、±０．１ｒａｄ／ｓｅｃ2を超える大きな値の変
動が生じている。
【０００７】図１３（Ｂ）に示すように、圧力センサＳ
の測定値から算定されたヨーイングモーメントは、明か
り区間Ｉ１では０Ｎｍの近くを微動しているのに対し、
トンネル区間Ｉ２では値に大きな変動が生じている。こ
のトンネル区間Ｉ２においては、ヨーイングモーメント
の値の大きい箇所では±１×１０5Ｎｍを超えるところ
もあり、車両に大きな動揺が生じる原因となっている。
つまり、ヨーイング振動角加速度及びヨーイングモーメ
ントは、トンネル区間Ｉ２内において増大し、車両は明
かり区間Ｉ１よりもトンネル区間Ｉ２において大きく動
揺する。
の測定値から算定されたヨーイングモーメントは、明か
り区間Ｉ１では０Ｎｍの近くを微動しているのに対し、
トンネル区間Ｉ２では値に大きな変動が生じている。こ
のトンネル区間Ｉ２においては、ヨーイングモーメント
の値の大きい箇所では±１×１０5Ｎｍを超えるところ
もあり、車両に大きな動揺が生じる原因となっている。
つまり、ヨーイング振動角加速度及びヨーイングモーメ
ントは、トンネル区間Ｉ２内において増大し、車両は明
かり区間Ｉ１よりもトンネル区間Ｉ２において大きく動
揺する。
【０００８】トンネル内においては、図１４（Ａ）に示
すように、トンネル壁側（図１４（Ａ）の右側）の列車
Ｔ側面部では、速度差が生じ易い。さらに詳しくは、列
車側面とトンネル壁間（図１４（Ａ）の符号ｐ）におい
ては、図１４（Ｂ）に示すように、列車Ｔの進行方向Ｕ
と逆方向（ｘ方向）の空気流が生じており、この空気流
の速度は、列車側面側（図１４（Ｂ）上側）では小さ
く、トンネル壁面（図１４（Ｂ）下側）に向けて徐々に
大きくなっている。なお、空気流の速度は、列車から見
た相対的な値である。
すように、トンネル壁側（図１４（Ａ）の右側）の列車
Ｔ側面部では、速度差が生じ易い。さらに詳しくは、列
車側面とトンネル壁間（図１４（Ａ）の符号ｐ）におい
ては、図１４（Ｂ）に示すように、列車Ｔの進行方向Ｕ
と逆方向（ｘ方向）の空気流が生じており、この空気流
の速度は、列車側面側（図１４（Ｂ）上側）では小さ
く、トンネル壁面（図１４（Ｂ）下側）に向けて徐々に
大きくなっている。なお、空気流の速度は、列車から見
た相対的な値である。
【０００９】一方、列車床面と軌道面間（図１４（Ａ）
の符号ｑ）においては、図１４（Ｃ）に示すように、同
様にｘ方向の速度が生じており、この速度は、列車床面
側（図１４（Ｃ）上側）では小さく、軌道面（図１４
（Ｃ）下側）に向けて徐々に大きくなっている。すなわ
ち、このような区間ｐ、ｑにおける空気は、列車に引き
ずられるようにして流れる。
の符号ｑ）においては、図１４（Ｃ）に示すように、同
様にｘ方向の速度が生じており、この速度は、列車床面
側（図１４（Ｃ）上側）では小さく、軌道面（図１４
（Ｃ）下側）に向けて徐々に大きくなっている。すなわ
ち、このような区間ｐ、ｑにおける空気は、列車に引き
ずられるようにして流れる。
【００１０】図１４（Ｂ）及び（Ｃ）に示すような速度
差が生じると、列車Ｔの車体底面と側面との境界部で速
度差のある気流が混じり合って、渦Ｖが生じる。そし
て、このような渦Ｖがトンネル壁面側で列車側面に巻き
上がり、上方及び後方へ移動すると圧力が変動し、これ
に伴い変動空気力が発生する。
差が生じると、列車Ｔの車体底面と側面との境界部で速
度差のある気流が混じり合って、渦Ｖが生じる。そし
て、このような渦Ｖがトンネル壁面側で列車側面に巻き
上がり、上方及び後方へ移動すると圧力が変動し、これ
に伴い変動空気力が発生する。
【００１１】本発明は、このような現象を考慮したもの
であって、その目的は、鉄道車両の動揺の要因となる車
体周辺で発生する渦の影響を低減することができる鉄道
車両動揺抑制方法及び鉄道車両を提供することにある。
であって、その目的は、鉄道車両の動揺の要因となる車
体周辺で発生する渦の影響を低減することができる鉄道
車両動揺抑制方法及び鉄道車両を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の鉄道車両動揺抑制方法は、鉄道車両の車体
底面と軌道面の間の空気層と、該車体側面とトンネル側
面の間の空気層との境界に仕切板（フィン）を介装し、
両空気層を分離することを特徴とする。フィンの先端
（下端縁）においては、空気流の速度分布が変化する領
域が狭い領域に極限される。このため、渦の発生を低減
できる。さらに、フィンの先端（下端縁）から渦が発生
しても、渦の発生周波数がフィン厚みの関数であるた
め、高周波数（一例数ｋＨｚ）の渦となる。したがっ
て、ヨーイングモーメントが小さくなるとともに、車両
との共振が起こりにくいので、車両の動揺が抑制され
る。
め、本発明の鉄道車両動揺抑制方法は、鉄道車両の車体
底面と軌道面の間の空気層と、該車体側面とトンネル側
面の間の空気層との境界に仕切板（フィン）を介装し、
両空気層を分離することを特徴とする。フィンの先端
（下端縁）においては、空気流の速度分布が変化する領
域が狭い領域に極限される。このため、渦の発生を低減
できる。さらに、フィンの先端（下端縁）から渦が発生
しても、渦の発生周波数がフィン厚みの関数であるた
め、高周波数（一例数ｋＨｚ）の渦となる。したがっ
て、ヨーイングモーメントが小さくなるとともに、車両
との共振が起こりにくいので、車両の動揺が抑制され
る。
【００１３】本発明の鉄道車両は、車体の側面下端部
に、該車体底面と軌道面の間の空気層と、該車体側面と
トンネル側面の間の空気層とを仕切る仕切板（フィン）
を有することを特徴とする。フィンは、例えば鋼やアル
ミニウム合金製の薄板（厚さ例：鋼１．６ｍｍ、アルミ
ニウム合金２．５ｍｍ）から形成するのが好ましい。フ
ィンの先端（下端縁）と軌道間の距離は、車両限界を考
慮して８５ｍｍ程度（一例）とするのが好ましい。
に、該車体底面と軌道面の間の空気層と、該車体側面と
トンネル側面の間の空気層とを仕切る仕切板（フィン）
を有することを特徴とする。フィンは、例えば鋼やアル
ミニウム合金製の薄板（厚さ例：鋼１．６ｍｍ、アルミ
ニウム合金２．５ｍｍ）から形成するのが好ましい。フ
ィンの先端（下端縁）と軌道間の距離は、車両限界を考
慮して８５ｍｍ程度（一例）とするのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術にお
けるのと同様に、軌道の長手方向（車両の進行方向）を
前後方向、軌道面における軌道長手方向と直角の方向を
左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。図１
は、本発明に係る鉄道車両を新幹線車両の第１例に適用
した場合の正面断面図である。図２は、本発明に係る鉄
道車両を新幹線車両の第２例に適用した場合の正面断面
図である。図３は、本発明に係る鉄道車両を新幹線車両
の第３例に適用した場合の正面断面図である。
る。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術にお
けるのと同様に、軌道の長手方向（車両の進行方向）を
前後方向、軌道面における軌道長手方向と直角の方向を
左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。図１
は、本発明に係る鉄道車両を新幹線車両の第１例に適用
した場合の正面断面図である。図２は、本発明に係る鉄
道車両を新幹線車両の第２例に適用した場合の正面断面
図である。図３は、本発明に係る鉄道車両を新幹線車両
の第３例に適用した場合の正面断面図である。
【００１５】図１〜図３に示すように、車体１は、鋼製
あるいはアルミ合金製の骨組み構造体である。車体１下
部には、車輪、車軸及び軸箱等を有する台車や駆動モー
タ等（図示されず）が装備されている。車体１の屋根
は、上屋根（カバー）３を有する２重屋根構造になって
いる。カバー３上には、パンタグラフ（図示されず）が
備えられる。車体１内部には、この例では１列３人掛け
＋２人掛けの腰掛５が備えられている。なお、図１〜図
３の各新幹線車両は、例えば車体の形状や駆動系統等が
異なるが、詳細については省略する。
あるいはアルミ合金製の骨組み構造体である。車体１下
部には、車輪、車軸及び軸箱等を有する台車や駆動モー
タ等（図示されず）が装備されている。車体１の屋根
は、上屋根（カバー）３を有する２重屋根構造になって
いる。カバー３上には、パンタグラフ（図示されず）が
備えられる。車体１内部には、この例では１列３人掛け
＋２人掛けの腰掛５が備えられている。なお、図１〜図
３の各新幹線車両は、例えば車体の形状や駆動系統等が
異なるが、詳細については省略する。
【００１６】これらの車両の車体１の側面下端部には、
仕切り板（フィン）が設けられている。図１の車両のフ
ィン１０と図２の車両のフィン１１は、厚さ１．６ｍ
ｍ、幅（上下方向の長さ）１６５ｍｍの鋼製（一例）の
帯状薄板である。フィン１０、１１は、車体１の前後方
向に沿って延びるように取り付けられている。フィン１
０、１１の先端（下端縁）と軌道間の距離（図の符号
ｒ）は、８５ｍｍ程度（一例）である。
仕切り板（フィン）が設けられている。図１の車両のフ
ィン１０と図２の車両のフィン１１は、厚さ１．６ｍ
ｍ、幅（上下方向の長さ）１６５ｍｍの鋼製（一例）の
帯状薄板である。フィン１０、１１は、車体１の前後方
向に沿って延びるように取り付けられている。フィン１
０、１１の先端（下端縁）と軌道間の距離（図の符号
ｒ）は、８５ｍｍ程度（一例）である。
【００１７】図３の車両のフィン１２は、厚さ１．６ｍ
ｍ、幅（上下方向の長さ）６８０ｍｍの鋼製（一例）の
帯状薄板である。フィン１２は、車体１の前後方向に沿
って延びており、車体１側面下端部から内側に４０°程
度以下（図３の場合はθ＝約２０°）傾斜させて取り付
けられている。フィン１２の先端（下端縁）と軌道間の
距離（図の符号ｒ）は、８５ｍｍ程度（一例）である。
ｍ、幅（上下方向の長さ）６８０ｍｍの鋼製（一例）の
帯状薄板である。フィン１２は、車体１の前後方向に沿
って延びており、車体１側面下端部から内側に４０°程
度以下（図３の場合はθ＝約２０°）傾斜させて取り付
けられている。フィン１２の先端（下端縁）と軌道間の
距離（図の符号ｒ）は、８５ｍｍ程度（一例）である。
【００１８】フィン１０、１１、１２により、車体１底
面と軌道面の間の空気層と、車体１側面とトンネル側面
の間の空気層とを仕切ることができる。以下、図１及び
図２のような垂直のフィンを備えた車両の模型と、従来
のフィンの無い車両の模型とを用いて行った風洞試験に
ついて説明する。
面と軌道面の間の空気層と、車体１側面とトンネル側面
の間の空気層とを仕切ることができる。以下、図１及び
図２のような垂直のフィンを備えた車両の模型と、従来
のフィンの無い車両の模型とを用いて行った風洞試験に
ついて説明する。
【００１９】図４（Ａ）は本発明に係るフィンを有する
新幹線車両模型の側面図であり、図４（Ｂ）は図４
（Ａ）のＸ部拡大図であり、図４（Ｃ）は同新幹線車両
模型の正面断面図である。図５（Ａ）〜（Ｉ）は、図４
の車両の模型を用いて行った風洞試験のストロボ撮影
（経時連続撮影）結果を示す図である。これらの図にお
いては、黒塗りの部分が煙を表している。なお、このス
トロボ撮影の撮影位置は、図４（Ｂ）に示す位置と同一
である。
新幹線車両模型の側面図であり、図４（Ｂ）は図４
（Ａ）のＸ部拡大図であり、図４（Ｃ）は同新幹線車両
模型の正面断面図である。図５（Ａ）〜（Ｉ）は、図４
の車両の模型を用いて行った風洞試験のストロボ撮影
（経時連続撮影）結果を示す図である。これらの図にお
いては、黒塗りの部分が煙を表している。なお、このス
トロボ撮影の撮影位置は、図４（Ｂ）に示す位置と同一
である。
【００２０】図６は、図４の車両の模型に関する圧力セ
ンサの値を示すグラフであり、縦軸が圧力係数Ｃｐを表
し、横軸が無次元時間を表す。なお、圧力係数Ｃｐと無
次元時間は次式で算出されている。 ・圧力係数Ｃｐ＝（圧力）／{（１／２）×（空気の密
度）×（風速の２乗）｝ ・無次元時間＝（時間）×（風速）／（車両の左右方向
の長さ） 図７は、図４の車両の模型に関する空気力の影響を表す
グラフであり、縦軸がヨーイングモーメント係数を表
し、横軸が無次元時間を表す。なお、ヨーイングモーメ
ント係数は次式で算出されている。 ・ヨーイングモーメント係数＝（ヨーイングモーメン
ト）／｛０．５×（空気の密度）×（風速の２乗）×
（車両の側面積）×（車両の前後方向の長さ）｝
ンサの値を示すグラフであり、縦軸が圧力係数Ｃｐを表
し、横軸が無次元時間を表す。なお、圧力係数Ｃｐと無
次元時間は次式で算出されている。 ・圧力係数Ｃｐ＝（圧力）／{（１／２）×（空気の密
度）×（風速の２乗）｝ ・無次元時間＝（時間）×（風速）／（車両の左右方向
の長さ） 図７は、図４の車両の模型に関する空気力の影響を表す
グラフであり、縦軸がヨーイングモーメント係数を表
し、横軸が無次元時間を表す。なお、ヨーイングモーメ
ント係数は次式で算出されている。 ・ヨーイングモーメント係数＝（ヨーイングモーメン
ト）／｛０．５×（空気の密度）×（風速の２乗）×
（車両の側面積）×（車両の前後方向の長さ）｝
【００２１】図８（Ａ）は従来のフィンの無い新幹線車
両模型の側面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ部
拡大図であり、図８（Ｃ）は同新幹線車両模型の正面断
面図である。図９（Ａ）〜（Ｉ）は、図８の車両の模型
を用いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮
影）結果を示す図である。これらの図においては、黒塗
りの部分が煙を表している。なお、このストロボ撮影の
撮影位置は、図８（Ｂ）に示す位置と同一である。
両模型の側面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ部
拡大図であり、図８（Ｃ）は同新幹線車両模型の正面断
面図である。図９（Ａ）〜（Ｉ）は、図８の車両の模型
を用いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮
影）結果を示す図である。これらの図においては、黒塗
りの部分が煙を表している。なお、このストロボ撮影の
撮影位置は、図８（Ｂ）に示す位置と同一である。
【００２２】図１０は、図８の車両の模型に関する圧力
センサの値を示すグラフであり、縦軸が圧力係数Ｃｐを
表し、横軸が無次元時間を表す。なお、圧力係数Ｃｐと
無次元時間は上述した図６の場合と同一の式で算出され
ている。図１１は、図８の車両の模型に関する空気力の
影響を表すグラフであり、縦軸がヨーイングモーメント
係数を表し、横軸が無次元時間を表す。なお、ヨーイン
グモーメント係数は上述した図７の場合と同一の式で算
出されている。
センサの値を示すグラフであり、縦軸が圧力係数Ｃｐを
表し、横軸が無次元時間を表す。なお、圧力係数Ｃｐと
無次元時間は上述した図６の場合と同一の式で算出され
ている。図１１は、図８の車両の模型に関する空気力の
影響を表すグラフであり、縦軸がヨーイングモーメント
係数を表し、横軸が無次元時間を表す。なお、ヨーイン
グモーメント係数は上述した図７の場合と同一の式で算
出されている。
【００２３】この風洞試験は、可視化用煙風洞内に図４
（Ａ）、図８（Ａ）に示す車両の模型をそれぞれ配置し
て行った。図４（Ａ）、図８（Ａ）の矢印α方向から送
風し、車体模型側面に取り付けた圧力センサＳ（図４
（Ｂ）、図８（Ｂ）参照）で風圧を測定した。また、渦
の可視化のために煙を車体の下から流し、煙の状態を観
測することで渦の発生状態を確認した。圧力センサＳ
は、連結車両の後尾側に相当するように、後ろ寄り（図
４（Ａ）、図８（Ａ）における右寄り）の上下方向ほぼ
中央部に配置した。
（Ａ）、図８（Ａ）に示す車両の模型をそれぞれ配置し
て行った。図４（Ａ）、図８（Ａ）の矢印α方向から送
風し、車体模型側面に取り付けた圧力センサＳ（図４
（Ｂ）、図８（Ｂ）参照）で風圧を測定した。また、渦
の可視化のために煙を車体の下から流し、煙の状態を観
測することで渦の発生状態を確認した。圧力センサＳ
は、連結車両の後尾側に相当するように、後ろ寄り（図
４（Ａ）、図８（Ａ）における右寄り）の上下方向ほぼ
中央部に配置した。
【００２４】風洞試験の試験条件は、以下の通りであ
る。 ・送風条件：風速１０ｍ／ｓ ・ストロボ間隔：１／１０００秒 ・模型縮尺：１／４０ 風速１０ｍ／ｓと設定した理由は、速い風速では煙によ
る可視化が難しくなるためである。上記の送風条件は、
車両が図４（Ａ）、図８（Ａ）の矢印β方向（矢印α方
向と逆方向）に時速０．９ｋｍ／ｈで走行している状態
に相当する。
る。 ・送風条件：風速１０ｍ／ｓ ・ストロボ間隔：１／１０００秒 ・模型縮尺：１／４０ 風速１０ｍ／ｓと設定した理由は、速い風速では煙によ
る可視化が難しくなるためである。上記の送風条件は、
車両が図４（Ａ）、図８（Ａ）の矢印β方向（矢印α方
向と逆方向）に時速０．９ｋｍ／ｈで走行している状態
に相当する。
【００２５】なお、一般に流体力学では、相似則とし
て、レイノルズ数（＝｛（代表長さ）×（風速）｝／
（空気の動粘性係数））を同一にすることが要求され
る。しかし、風洞試験でレイノルズ数を現車条件と同一
にすることは困難である。そのため、通常は、レイノル
ズ数が１０5以上ならば、流れ場の様子は大きく変わら
ないと仮定して風洞試験を実施する。本風洞試験の場合
（風速１０ｍ／ｓとした場合）、レイノルズ数は５×１
０4となるので１０5には及ばないが、本発明者が風速３
０ｍ／ｓの送風条件で予め測定した圧力結果と同様の結
果が得られた。このため、時速０．９ｋｍ／ｈであって
も、現車の現象を再現していると考えることができる。
て、レイノルズ数（＝｛（代表長さ）×（風速）｝／
（空気の動粘性係数））を同一にすることが要求され
る。しかし、風洞試験でレイノルズ数を現車条件と同一
にすることは困難である。そのため、通常は、レイノル
ズ数が１０5以上ならば、流れ場の様子は大きく変わら
ないと仮定して風洞試験を実施する。本風洞試験の場合
（風速１０ｍ／ｓとした場合）、レイノルズ数は５×１
０4となるので１０5には及ばないが、本発明者が風速３
０ｍ／ｓの送風条件で予め測定した圧力結果と同様の結
果が得られた。このため、時速０．９ｋｍ／ｈであって
も、現車の現象を再現していると考えることができる。
【００２６】図５（Ａ）〜（Ｉ）の各図に示すように、
本発明のフィンＦを有する車両模型については、車体の
下から流した煙が各図の下側にのみ見えており、圧力セ
ンサＳを取り付けた位置（車両模型の上下方向中央部）
まで煙が到達していない。これは、フィンにより車両模
型底面と軌道面の間の空気層と、車両模型側面と風洞側
面の間の空気層とが仕切られており、渦が発生していな
いことを表している。さらに、図６に示すように、圧力
センサＳの測定値は、±０．０５の範囲内に収まってお
り、大きな空気圧の変動が生じていないことがわかる。
本発明のフィンＦを有する車両模型については、車体の
下から流した煙が各図の下側にのみ見えており、圧力セ
ンサＳを取り付けた位置（車両模型の上下方向中央部）
まで煙が到達していない。これは、フィンにより車両模
型底面と軌道面の間の空気層と、車両模型側面と風洞側
面の間の空気層とが仕切られており、渦が発生していな
いことを表している。さらに、図６に示すように、圧力
センサＳの測定値は、±０．０５の範囲内に収まってお
り、大きな空気圧の変動が生じていないことがわかる。
【００２７】これに対し、図９（Ａ）〜（Ｉ）の各図に
示すように、従来のフィンの無い車両模型については、
車体の下から流した煙が、特に図９（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｈ）、（Ｉ）の各図において広範囲
に流れているのが見えている。これは、渦が発生して巻
き上がっていることを表している。さらに、図１０に示
すように、圧力センサＳの測定値は、図９（Ａ）、
（Ｇ）及び（Ｈ）の各時点に対応するＡ、Ｇ及びＨ時点
では約−０．１〜−０．１５の値を示し、図９（Ｃ）、
（Ｄ）及び（Ｅ）の各時点に対応するＣ、Ｄ及びＥ時点
では約＋０．１の値を示しており、大きな空気圧の変動
が生じているのがわかる。なお、圧力センサで負圧が検
知されて少したってから煙が昇るという時間遅れの関係
がある。
示すように、従来のフィンの無い車両模型については、
車体の下から流した煙が、特に図９（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｈ）、（Ｉ）の各図において広範囲
に流れているのが見えている。これは、渦が発生して巻
き上がっていることを表している。さらに、図１０に示
すように、圧力センサＳの測定値は、図９（Ａ）、
（Ｇ）及び（Ｈ）の各時点に対応するＡ、Ｇ及びＨ時点
では約−０．１〜−０．１５の値を示し、図９（Ｃ）、
（Ｄ）及び（Ｅ）の各時点に対応するＣ、Ｄ及びＥ時点
では約＋０．１の値を示しており、大きな空気圧の変動
が生じているのがわかる。なお、圧力センサで負圧が検
知されて少したってから煙が昇るという時間遅れの関係
がある。
【００２８】そして、図７と図１１に示すように、車体
模型のヨーイングモーメント係数を比較すると、図７の
フィンＦを有する車両模型に関しては、ヨーイングモー
メント係数が±０．０１の値の範囲に収まっているのに
対し、図１１のフィンの無い車両模型に関しては、ヨー
イングモーメント係数が±０．０１５の範囲で、大きい
ところではこれを超える値を示している。この結果によ
り、フィンＦを取り付けた場合は、空気圧の変動が小さ
いために渦の発生が低減される、あるいは、渦が発生し
ても高周波数（一例数ｋＨｚ）の渦となるため、車両の
動揺が小さくなるということが結論できる。
模型のヨーイングモーメント係数を比較すると、図７の
フィンＦを有する車両模型に関しては、ヨーイングモー
メント係数が±０．０１の値の範囲に収まっているのに
対し、図１１のフィンの無い車両模型に関しては、ヨー
イングモーメント係数が±０．０１５の範囲で、大きい
ところではこれを超える値を示している。この結果によ
り、フィンＦを取り付けた場合は、空気圧の変動が小さ
いために渦の発生が低減される、あるいは、渦が発生し
ても高周波数（一例数ｋＨｚ）の渦となるため、車両の
動揺が小さくなるということが結論できる。
【００２９】したがって、本発明に係るフィンを有する
鉄道車両によれば、トンネル区間内でも空気圧の変動が
小さく、渦の発生を低減できるので、列車の動揺（ヨー
イングモーメント）を抑えることができる。
鉄道車両によれば、トンネル区間内でも空気圧の変動が
小さく、渦の発生を低減できるので、列車の動揺（ヨー
イングモーメント）を抑えることができる。
【００３０】上記の風洞実験は、図４に示すような垂直
のフィンを有する鉄道模型について行ったが、実際の適
用に当たっては、車両限界の制限はあるが、図３に示す
ような傾斜フィンであってもほとんど同様の効果を得る
ことができる。
のフィンを有する鉄道模型について行ったが、実際の適
用に当たっては、車両限界の制限はあるが、図３に示す
ような傾斜フィンであってもほとんど同様の効果を得る
ことができる。
【００３１】なお、上記のフィンは、車両側面全面にわ
たって延びる帯状薄板であるとして説明したが、長手方
向（車両の前後方向）に複数に分割したフィンであって
も同様の効果を期待できる。このような分割フィンの場
合は、特に台車の横に設置すれば、転動音の遮蔽等にも
効果がある。
たって延びる帯状薄板であるとして説明したが、長手方
向（車両の前後方向）に複数に分割したフィンであって
も同様の効果を期待できる。このような分割フィンの場
合は、特に台車の横に設置すれば、転動音の遮蔽等にも
効果がある。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、速度差により生じる渦の発生を低減でき、車
両に加わる空気力の変動を低減できる。したがって、車
両の動揺を抑制できるので、特に以下の効果を得ること
ができる。 （１）乗り心地が向上する。 （２）列車走行時の騒音が低減できる。 （３）列車のスピードアップを図ることができる。 （４）列車に加わる空気抵抗を低減できる。
によれば、速度差により生じる渦の発生を低減でき、車
両に加わる空気力の変動を低減できる。したがって、車
両の動揺を抑制できるので、特に以下の効果を得ること
ができる。 （１）乗り心地が向上する。 （２）列車走行時の騒音が低減できる。 （３）列車のスピードアップを図ることができる。 （４）列車に加わる空気抵抗を低減できる。
【図１】本発明に係る鉄道車両を新幹線車両の第１例に
適用した場合の正面断面図である。
適用した場合の正面断面図である。
【図２】本発明に係る鉄道車両を新幹線車両の第２例に
適用した場合の正面断面図である。
適用した場合の正面断面図である。
【図３】本発明に係る鉄道車両を新幹線車両の第３例に
適用した場合の正面断面図である。
適用した場合の正面断面図である。
【図４】図４（Ａ）は本発明に係るフィンを有する新幹
線車両模型の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の
Ｘ部拡大図であり、図４（Ｃ）は同新幹線車両模型の正
面断面図である。
線車両模型の側面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の
Ｘ部拡大図であり、図４（Ｃ）は同新幹線車両模型の正
面断面図である。
【図５】図５（Ａ）〜（Ｉ）は、図４の車両の模型を用
いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮影）結
果を示す図である。
いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮影）結
果を示す図である。
【図６】図４の車両の模型に関する圧力センサの値を示
すグラフである。
すグラフである。
【図７】図４の車両の模型に関する空気力の影響を表す
グラフである。
グラフである。
【図８】図８（Ａ）は従来のフィンの無い新幹線車両模
型の側面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ部拡大
図であり、図８（Ｃ）は同新幹線車両模型の正面断面図
である。
型の側面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ部拡大
図であり、図８（Ｃ）は同新幹線車両模型の正面断面図
である。
【図９】図９（Ａ）〜（Ｉ）は、図８の車両の模型を用
いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮影）結
果を示す図である。
いて行った風洞試験のストロボ撮影（経時連続撮影）結
果を示す図である。
【図１０】図８の車両の模型に関する圧力センサの値を
示すグラフである。
示すグラフである。
【図１１】図８の車両の模型に関する空気力の影響を表
すグラフである。
すグラフである。
【図１２】明かり区間とトンネル区間の車両走行状態を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図１３】図１３（Ａ）は現車試験で測定されたヨーイ
ング振動角加速度を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は
現車試験の測定値から算定された空気力の影響を表すグ
ラフである。
ング振動角加速度を示すグラフであり、図１３（Ｂ）は
現車試験の測定値から算定された空気力の影響を表すグ
ラフである。
【図１４】図１４（Ａ）は空気力の発生メカニズムを説
明するための模式図であり、図１４（Ｂ）は列車側面と
トンネル壁間の速度分布を表す図であり、図１４（Ｃ）
は列車床面と軌道面間の速度分布を表す図である。
明するための模式図であり、図１４（Ｂ）は列車側面と
トンネル壁間の速度分布を表す図であり、図１４（Ｃ）
は列車床面と軌道面間の速度分布を表す図である。
１ 車体 ３ 上屋根（カバー） ５ 腰掛 １０、１１、１２ フィン Ｉ１ 明かり区間 Ｉ２
トンネル区間 Ｓ 圧力センサ Ｔ 列
車 Ｖ 渦
トンネル区間 Ｓ 圧力センサ Ｔ 列
車 Ｖ 渦
Claims (2)
- 【請求項１】 鉄道車両の車体底面と軌道面の間の空気
層と、該車体側面とトンネル側面の間の空気層との境界
に仕切板（フィン）を介装し、両空気層を分離すること
を特徴とする鉄道車両動揺抑制方法。 - 【請求項２】 車体の側面下端部に、該車体底面と軌道
面の間の空気層と、該車体側面とトンネル側面の間の空
気層とを仕切る仕切板（フィン）を有することを特徴と
する鉄道車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240689A JP3653213B2 (ja) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | 鉄道車両動揺抑制方法及び鉄道車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000240689A JP3653213B2 (ja) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | 鉄道車両動揺抑制方法及び鉄道車両 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002053037A true JP2002053037A (ja) | 2002-02-19 |
| JP3653213B2 JP3653213B2 (ja) | 2005-05-25 |
Family
ID=18732008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000240689A Expired - Fee Related JP3653213B2 (ja) | 2000-08-09 | 2000-08-09 | 鉄道車両動揺抑制方法及び鉄道車両 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3653213B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007118750A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | West Japan Railway Co | 鉄道車両の床下走行風の低減方法と装置 |
| WO2013038533A1 (ja) | 2011-09-14 | 2013-03-21 | 株式会社日立製作所 | 車両動揺抑制装置 |
| JP2016164018A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄道車両がトンネル走行中に発生する蛇行流れの低減方法 |
| CN109760702A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-17 | 常州今创风挡系统有限公司 | 一种高速动车组外风挡 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106740922A (zh) * | 2016-11-30 | 2017-05-31 | 中车青岛四方机车车辆股份有限公司 | 轨道车辆车体结构及具有其的轨道车辆 |
-
2000
- 2000-08-09 JP JP2000240689A patent/JP3653213B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2013038533A1 (ja) | 2011-09-14 | 2013-03-21 | 株式会社日立製作所 | 車両動揺抑制装置 |
| US9027482B2 (en) | 2011-09-14 | 2015-05-12 | Hitachi, Ltd. | Vehicle vibration suppression device |
| JP2016164018A (ja) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄道車両がトンネル走行中に発生する蛇行流れの低減方法 |
| CN109760702A (zh) * | 2019-03-13 | 2019-05-17 | 常州今创风挡系统有限公司 | 一种高速动车组外风挡 |
| CN109760702B (zh) * | 2019-03-13 | 2023-09-29 | 常州今创风挡系统有限公司 | 一种高速动车组外风挡 |
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| JP3653213B2 (ja) | 2005-05-25 |
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