JP2002205639A - 棒付き凹部の空力音低減化構造 - Google Patents
棒付き凹部の空力音低減化構造Info
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Abstract
れた棒付き凹部から発生する空力音を低減化する。 【解決手段】物体表面Sに形成した凹部P内の棒体Qを
横切る方向に空気流Fが流れる場合に、凹部Pの内側面
のうち空気流Fと対向し空気流Fの風下側及び風上側と
なる領域の双方に傾斜面R,Rを実質的に面対称となる
ように形成すると共に、棒体Qの位置を物体表面Sより
も凹部Pの奥側に設定する。凹部内に流入して風下側内
側面に衝突する空気流の乱れが、風下側内側面を傾斜面
とすることにより抑えられるので空力音レベルが低下す
る。傾斜面R,Rを棒体Qを挟んで実質的に面対称に形
成したので、空気流Fが正逆いずれに流れる場合にも、
空力音の低減化に有効に作用する。従って鉄道車両のよ
うに、往復運行するものの騒音低減化に特に有効であ
る。
Description
合、すなわち物体表面上を高速の空気流が通過する場合
において、物体表面に凹部が在り、この凹部内に棒体が
空気流を横切る方向に設けられていると、この凹部及び
棒体から周波数帯域の狭い空力音が発生する場合があ
る。本発明は、このような棒付き凹部から発生する空力
音レベルを低減化することを目的とする。
が設けられている場合において、この物体が高速で空気
中を移動することにより物体表面を高速の空気流が流れ
ると、棒体と凹部との干渉により、周波数の狭い帯域で
騒音レベルが卓越する空力音が発生することがある。こ
のような棒付き凹部の構造は、例えば新幹線の先頭車両
(及び後尾車両)において観察される。図14に示すよ
うに、新幹線の先頭車両Eには一般に、乗務員乗降用扉
Dの左右両側に乗務員が乗降の際に利用する棒体よりな
る手摺Hが設けられている。この手摺Hは、図15の
(A)(B)に示す如く、車両Eの表面に形成した凹部
P内に設けられ、乗務員が容易に掴めるようにするた
め、手摺Hの前端が車両Eの表面とほぼ同一となるよう
に配置されている。
の空気流に曝されたとき、凹部だけでも空力音が発生す
るが、凹部内に棒体を設けて棒付き凹部とすると、騒音
レベルのピークがより高い空力音を発生させることが分
かった。すなわち従来の新幹線車両における手摺構造
は、高速走行の際に、騒音レベルの高い空力音を発生さ
せる可能性が高い構造であると言える。しかも、手摺H
等の棒体を取り付けた凹部Pから発生する空力音は、特
定の狭い周波数帯域でレベルが高いという性質を有する
ため、同時に発生する走行騒音に埋没せず、明瞭に聞き
分けられる非常に耳障りな鉄道騒音となる可能性があ
る。それ故、新幹線における低騒音の高速走行を目指す
には、何らかの対策を講ずることが必要とされる。そこ
で、新幹線車両の手摺から発生する空力音の低減化のた
め、手摺が設けられる凹部を開閉可能な蓋で覆うことが
提案されている。
を機械的に開閉する蓋で覆う構造を採用した場合、車両
走行中は容易に開くことがなく且つ手摺使用時には簡単
に開けられることが要件となる。その上、車両の高速化
に伴い空気流速度が増大しているので、開閉蓋の強度も
必要である。そのため開閉蓋を採用すると、構造が複雑
になり、設計が難しくなるという欠点が生ずる。また既
存の車両を対象とする場合、構造の複雑な開閉蓋を新た
に取り付けることになるから、費用と時間とを要する。
新規車両を設計する場合でも、開閉蓋の設置のための手
間と経費の増大は避けられない。さらに蓋の開閉機構に
故障が生じて蓋を開けることが出来なくなった場合は、
地上から運転室へ昇ったり運転室から地上を降りたりす
ることが非常に困難になる。反対に、開閉機構の故障の
ため蓋を閉じることが出来なくなった場合は、走行中の
騒音防止が不可能になる。
ける手摺構造の如く凹部内に棒体を設けた棒付き凹部か
ら発生する空力音を、簡単で且つ低コストな構造により
低減化できる手段を提供するものであって、その特徴と
するところは、物体表面に形成された凹部内に棒体が取
り付られ、当該棒体を横切る方向に前記物体表面に沿っ
て空気流が流れる場合において、前記凹部における内側
面のうち空気流の風下側となり且つ当該空気流と対向す
る領域に傾斜面を形成すると共に、前記棒体の位置を物
体表面よりも凹部の奥側に設定したことにある。かかる
構成に基づき、凹部内に流入して風下側内側面に衝突す
ることにより生ずる空気流の乱れが、凹部内の風下側内
側面を傾斜面とすることによって抑えられるので、凹部
から発生する空力音のレベルを低下させる。また棒体位
置を物体表面よりも凹部の奥側に設定したので、棒体表
面を流れる空気流の速度が小さくなると共に、棒体と凹
部との相互作用が緩和されるため、発生する空力音が低
減化されると考えられる。
って前記棒体に対し正逆両方向に流れる場合には、前記
凹部における内側面のうち空気流の風上側となり且つ空
気流と対向する領域にも傾斜面を形成してもよい。かか
る構成により、空気流が逆方向に流れるときには、空気
流が正方向に流れるときの風上側に形成した傾斜面が空
気の流れを乱して、空力音を低減化することができる。
さらに上記構成において、前記凹部の内側面に形成する
風上側の傾斜面と風下側の傾斜面を、前記棒体を挟んで
実質的に面対称に形成してもよい。
は、凹部内に傾斜面を形成するほかに、凹部内における
棒体の周囲に突起を設ける構造を採用してもよい。かか
る構成によっても、凹部内に流入する空気流が突起で乱
されるから、空力音を低減化することが可能である。
音低減化構造は、物体表面が鉄道車両表面であり、凹部
内に取り付けられる棒体が手摺である場合、すなわち、
既存の鉄道車両及び新規設計される鉄道車両へ容易に適
用することができる。
低減化構造(以下、本発明構造と言う)は、凹部内に棒
体を設けて成る棒付き凹部が高速の空気流に晒されるこ
とにより、空力音を発生させる場合一般に適用し得るも
のである。すなわち、鉄道車両に適用する以外に、トラ
ック等の自動車の如く、高速で移動する物体から発生す
る空力音の低減化を目的とする場合にも有効である。
態を図1に示す。本例の特徴とするところは、物体表面
Sに形成した凹部P内に棒体Qが設けられ、該物体表面
Sに沿って棒体Qを横切る方向に空気流Fが流れる場合
において、該凹部Pにおける内側面のうち、空気流Fと
対向し、且つ、棒体Qよりも空気流Fの風下側となる領
域及び風上側となる領域の双方に、傾斜面R,Rを実質
的に面対称となるように形成した点、並びに、前記棒体
Qの位置を物体表面Sよりも凹部Pの奥側に設定した点
にある。
しては、例えば本発明構造を適用する対象が鉄道車両で
あり、棒体Qが乗務員乗降用扉の両脇に配置される手摺
である場合には、車両製造時に、手摺を設ける凹部を前
記形状に製作されるよう設計することが考えられる。ま
た既存の車両に対しては、図2に示すようなアタッチメ
ントTを、手摺が設けられる凹部P内へ嵌合装着するこ
とにより、当該凹部P内に傾斜面Rを形成することが考
えられる。上記アタッチメントTの材質は、アルミニウ
ム,ジュラルミン,ステンレス鋼等の金属、プラスチッ
ク、セラミック等が使用可能であり、軽量化のため中空
体とすることが望ましい。
を平面断面視して示す図面である。本発明構造が空力音
の低減化に有効に作用するためには、凹部P内に傾斜面
Rを形成すると共に、同図に示す如く、棒体Qの位置を
物体表面Sよりも奥側に設定することが必要とされる。
空力音の低減化に有効となる物体表面Sから棒体Qまで
の距離Gは、凹部Pの大きさにもよるが、大きければ大
きい程、空力音低減効果は大きい。但し棒体Qを手摺と
する場合に凹部Pのあまり奥側へ配置すると、使用者が
掴みにくくなるという問題が生ずる。それ故、前記距離
Gの最大値は、凹部Pの間口寸法や棒体Qの直径等の各
種寸法に基づき、適宜制限されることとなる。
んで実質的に面対称に形成したことにより、物体表面S
を流れる空気流Fの方向が正逆いずれの場合でも、本発
明構造は空力音の低減化に有効に作用する。従って本実
施形態は、例えば鉄道車両のように、往復運行するため
空力流Fの方向が正逆反対方向となる場合に、特に有効
と考えられる。なお、空力音の低減化に良好な傾斜面R
の勾配θは、傾斜面Rの長さにもよるが、およそ30〜
60°の範囲と考えられる。
空力音の低減化に有効なのは凹部内に形成した風下側の
傾斜面Rである。従って凹部P内に形成する傾斜面R
は、少なくとも空気流Fの風下側に在ればよい。このよ
うな理由から、図4に示す如く、凹部Pの底面部分の全
幅にわたり空気流Fに対向する傾斜面Rを形成する構造
を採用することも可能である。なお本例にあっては、傾
斜面Rを空気流Fの風下側のみに形成したため、棒体Q
の位置を風上側へ若干移動させてある。
方向にしか流れない場合、あるいは空気流が逆方向に流
れるときは空力音の発生が問題になりにくい場合などに
適用するとよい。例えば、トラック等のように走行方向
が一方向のものに設けられる手摺構造は、前者の場合に
相当する。また、鉄道列車の両端車両は、往復運行時に
先頭と後尾が入れ代わるが、後尾車両の表面を流れる空
気流の速度は先頭車両に比べて低くなるから、後者の場
合に相当し、依って本例を適用することが可能なときが
ある。
る空気流の風上側にも風下側にも傾斜面R,Rを形成す
る場合、傾斜面R,Rを面対称(図3参照)とするのみ
ならず、図5に例示する如く、非対称に形成することも
可能である。棒体Qが設置される凹部Pの周囲の状況に
よっては、棒体Qの設置位置を凹部Pの中心位置から左
右いずれかの方向へ移動させるほうが好都合な場合があ
る。本実施形態はこのような場合に対応させたものであ
り、棒体Qの配置に基づき、傾斜面R,Rの形成領域を
適宜設定すればよい。
の位置を、物体表面Sよりも凹部Pの奥側となるように
設定することを要件としている。しかるに図6に示す如
く、物体表面Sに突出部材Uを付設することにより、棒
体Qの配置を変更することなく、本発明構造を提供する
ことが可能となる。すなわち、図6(A)に示す如く、
凹部Pの内側面には傾斜面Rを形成すると共に、適当な
厚みgを有する突出部材Uを用意する。そして図6
(B)の如く、この突出部材Uを、物体表面Sにおける
凹部Pの風上側及び風下側に装着することにより、当該
突出部材Uの厚みgの分だけ、棒体Qの取付位置を変更
することなく、相対的に棒体Qを凹部Pの奥側とするこ
とが可能である。前記突出部材Uの厚み寸法gは、車両
限界を考慮して設定する。
Rと隣接する面rの勾配を、当該傾斜面Rと同一となる
ように設定し、面R,rが単一の傾斜面を構成するよう
に設定してある。また突出部材Uにおける風上側の領域
を緩やかな傾斜面jに形成したことも、空力音の低減化
に効果を発揮すると考えられる。
応する実施形態を示すものであり、棒体Qが設置される
凹部P内において、棒体Qの近傍に多数の突起Vを形成
したものである。突起Vは、例えば同図(A)のよう
に、棒体Qに近接させて適宜間隔で配置することが考え
られる。この場合、突起Vの先端が物体表面Sより突出
させないようにすることが望ましい。さらに本例の場
合、棒体Qの位置を、必ずしも物体表面Sよりも凹部P
の奥側となるように設定する必要はないが、凹部Pの奥
側とすることにより、空力音の低減化効果をより確実に
することができる。
棒体Qの周囲に設けたことにより、凹部P内に入り込ん
だ空気流の流れを乱して、空力音を低減化するものであ
る。なお突起Vの材質は、プラスチック,ゴムなどの弾
性体が最適と考えられるが、金属やセラミックでも製作
することが可能である。また突起Vの形成位置や個数は
特に制限されるわけではなく、例えば図8に例示するよ
うに、凹部Pの底部のみならず内側面にも設けてもよ
い。
洞実験を行って確認した。実験装置は図9に示す如くで
ある。風洞装置内へ水平に設けた支持台1上に試験体2
を設置する。空気流を吹き出すためのノズル3が、その
吹出口3aの下縁と試験体2の前端上縁とが一致するよ
うに設置される。試験体2の表面には、ノズル3から吹
き出される空気流に対し直角となる方向に配置した棒体
Qを収納する凹部Pが形成される。棒体Qは、その両端
部を支持台1上に取り付けたブラケット4,4によって
支持する。なお図9(B)に示すように、試験体2及び
棒体Qの横方向の長さ寸法はいずれも、ノズル吹出口3
aの横幅寸法yよりも十分に長く設定される。ノズル吹
出口3aは、縦x=400mm、横y=450mmの長
方形であり、吹出口3aから棒体Qの中心までの距離l
は462.5mmである。また空力音測定用の精密騒音
計Mを、棒体Qにおける中央部の鉛直上方、支持台1か
ら距離k=750mmの箇所に配置した。
速の風を送り、棒付き凹部Pから発生する空力音を前記
騒音計Mで集音して測定する。そして、本発明構造と従
来構造とそれぞれについて、空力音レベルを調べた。
実施形態について空力音の低減化効果を調べたものであ
る。実験に用いた棒付き凹部の構造は図10に示すとお
りであり、同図(A)に従来構造、同図(B)に本発明
構造をそれぞれ示している。凹部Pの深さa=80m
m、間口幅b=125mm、棒体Qの直径=25mm、
及び断面した棒体Q中心が凹部Pの中心軸線上に位置す
るように設定した点は、両者に共通である。但し、図
(A)の従来構造では、棒体Qの前端位置が試験体表面
Sと同じ位置にある。他方、図(B)の本発明構造で
は、凹部P内に、棒体Qを挟んで面対称となるように傾
斜面R,Rを形成すると共に、試験体表面Sから棒体Q
までの距離Gを20mmに設定した。両構造について風
速285kmにおける空力音を測定した結果を、図12
のグラフに示す。
構造は250〜2000Hzの周波数帯域において、従
来構造より明らかに空力音レベルが低下している。ま
た、全周波数帯域(O.A.)における従来構造の空力
音レベルが約95dBであったのに対し、本発明構造の
空力音レベルは約88dBであり、約7dBもの低減化
が認められた。なお、本実験において、暗騒音の空力音
レベル(O.A.)は約88dBであった。
係る本発明構造の空力音の低減化効果を調べたものであ
る。本実験に用いた凹部構造は図11に示す通りであ
り、同図(A)は従来構造、同図(B)及び(C)は本
発明構造を示している。両構造において、凹部Pの深さ
a=100mm、間口幅b=80mm、棒体Qの直径=
25mmとした点、及び棒体Qの断面の中心が凹部Pの
中心軸線上となるように設定した点は共通である。本発
明構造は、図(B)及び(C)に示す如く、凹部P内に
おいて棒体Qの近傍に複数の突起V,V,…を設けたと
ころに特色を有する。突起Vの直径c=約20mm、物
体表面Sから突起b先端までの距離fは約12mm、突
起Vの棒体Qに沿った配設ピッチdは約50mmであ
る。両構造について風速300kmにおける空力音を測
定した結果を、図13のグラフに示す。
よれば、500〜800Hzの最もレベルの高い周波数
帯域における空力音レベルが低下している。また、全周
波数帯域(O.A.)における従来構造の空力音レベル
が約99dBであったのに対し、本発明構造の空力音レ
ベルは約97dBであり、約2dBの低減化が認められ
た。なお暗騒音の空力音レベル(O.A.)は、約89
dBであった。
における空力音レベルの違いを調べたものである。すな
わち、物体表面Sに形成した凹部Pに設ける棒体Qの位
置を、物体表面Sと同一であるとき、物体表面Sか
ら10mmだけ奥側へ移動させたとき、物体表面Sか
ら27mm移動させたときそれぞれについて、風速30
0kmにおける全周波数帯域(O.A.)の空力音レベ
ルを測定した。測定結果は、が95dB、が93d
B、が92dBであった。また暗騒音は89dBであ
った。この結果から、棒体Qを物体表面から凹部Pの奥
側へ10mm以上移動させると、空力音レベルを低減化
させることのできることが分かる。
に、本発明構造によれば、簡単な構成によって、棒付き
凹部から発生する空力音の騒音レベルを確実に低減化す
ることができる。従って本発明を、例えば新幹線先頭車
両において乗務員乗降用扉の左右両側に設けられる手摺
構造へ適用することにより、車両走行時の騒音レベルを
容易に且つ確実に低減化することが可能である。しかも
本発明構造は構成が簡単であるから、既存の各種形態の
車両に対し、低コストで確実な騒音対策を施すことがで
きる。また、新規に鉄道車両を設計・製造する場合で
も、本発明を採用すれば、騒音対策のコストダウンを図
れる。さらに本発明は、鉄道車両以外の高速で移動する
物体、例えばトラックやダンプカー等の自動車などにも
適用することが可能である。
ある。
って、傾斜面を形成するためのアタッチメントを凹部か
ら分離して示す斜視図である。
図である。
図である。
図である。
って、図(A)は突出部材を装着する前の状態を示す平
面断面図、図(B)は突出部材を装着した状態を示す平
面断面図である。
って、図(A)は正面図、図(B)は平面断面図であ
る。
って、別態様を示す平面断面図である。
風洞実験装置を示すものであって、図(A)は側面図、
図(B)は風下側から見た正面図である。
略的に示すものであって、図(A)は比較のための従来
構造の平面図、図(B)は第1の実施形態に係る本発明
構造の平面図である。
略的に示すものであって、図(A)は比較のための従来
構造の平面図、図(B)は第5の実施形態に係る本発明
構造の平面図、図(C)は第5の実施形態に係る本発明
構造の要部の正面図である。
であり、縦軸に空力音レベル、横軸に1/3オクターブ
バンド中心周波数をプロットしたものである。
であり、縦軸に空力音レベル、横軸に1/3オクターブ
バンド中心周波数をプロットしたものである。
図である。
務員乗降用扉の左右両側に設けられる従来の手摺構造を
示す正面図、図(B)は図(A)のX−X線における平
面断面図である。
アタッチメント U…突出部材 V…突起 F…空気流
Claims (5)
- 【請求項1】 物体表面に形成された凹部内に棒体が取
り付られ、当該棒体を横切る方向に前記物体表面に沿っ
て空気流が流れる場合において、前記凹部における内側
面のうち空気流の風下側となり且つ当該空気流と対向す
る領域に傾斜面を形成すると共に、前記棒体の位置を物
体表面よりも凹部の奥側に設定したことを特徴とする棒
付き凹部の空力音低減化構造。 - 【請求項2】 空気流が物体表面に沿って前記棒体に対
し正逆両方向に流れる場合には、前記凹部における内側
面のうち空気流の風上側となり且つ空気流と対向する領
域にも傾斜面を形成した請求項1に記載する棒付き凹部
の空力音低減化構造。 - 【請求項3】 請求項2において、前記凹部の内側面に
形成する風上側の傾斜面と風下側の傾斜面を、前記棒体
を挟んで実質的に面対称に形成した棒付き凹部の空力音
低減化構造。 - 【請求項4】 物体表面に形成された凹部内に棒体が取
り付けられ、当該棒体を横切る方向に前記物体表面に沿
って空気流が流れる場合において、前記凹部内における
棒体の周囲に突起を設けたことを特徴とする棒付き凹部
の空力音低減化構造。 - 【請求項5】 前記物体表面が鉄道車両表面であり、前
記凹部内に取り付けられる棒体が手摺である請求項1乃
至4のいずれかに記載する棒付き凹部の空力音低減化構
造。
Priority Applications (1)
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JP2001002527A JP4531992B2 (ja) | 2001-01-10 | 2001-01-10 | 棒付き凹部の空力音低減化構造 |
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