JP2002308092A

JP2002308092A - 高速鉄道車両の先頭部形状

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Publication number: JP2002308092A
Application number: JP2001112551A
Authority: JP
Inventors: Shigenori Tanii; 茂紀谷井; Tetsuo Sato; 哲郎佐藤
Original assignee: Nippon Sharyo Ltd
Current assignee: Nippon Sharyo Ltd
Priority date: 2001-04-11
Filing date: 2001-04-11
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP4076734B2

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル微気圧波の低減に最適な高速鉄道車
両の先頭部形状を提供すること。【解決手段】先頭部形状をトンネル突入によって発生
する圧縮波の圧力勾配分布と対比した場合に、車両先頭
部の前端部２と一般部直前の後部４とに、圧力勾配分布
にピークをつくる断面積変化率の大きい部分を、その断
面積変化率の極大値が前端部２が後部４より大きくなる
ように形成し、その前端部２から後部４にかけて断面積
が徐々に僅かずつ大きくなるように断面積変化率を小さ
くした中間部３を形成したものであって、前端部２およ
び後部４による圧力勾配の２つの極大値がほぼ等しく、
その極大値に対する中間部３による圧力勾配の極小値の
比の値を、２つの極大値が重なってしまうようなことな
く中間区間の値をより一定化させる所定範囲内にした高
速鉄道車両の先頭部形状１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速走行する新幹
線等の鉄道車両のうち先頭車両に好適な先頭部形状に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】移動の高速化が望まれる現代では、鉄道
車両に対しても時速２７０ｋｍ／ｈ或いはそれ以上の高
速性能が要求されるようになっている。その一方で、民
家などの間を抜けて通るような我が国の鉄道事情では、
騒音や振動に対する環境への影響を考慮することが高速
化と同様に重要な課題でもある。そうした環境対策の一
課題としてトンネル微気圧波（以下、単に「微気圧波」
という）によるトンネル出口での騒音などがある。高速
鉄道車両がトンネルに突入する場合、先頭車両がピスト
ンのように作用し、トンネル内の狭い空間に存在する空
気が圧縮されて圧縮波が発生する。微気圧波は、この圧
縮波がトンネル内をほぼ音速で伝わっていきトンネル出
口に達した際外部に放出される、そのトンネル出口で圧
縮波の圧力の時間についての偏導関数（以下、「圧力勾
配」という。圧力の時間についての偏導関数は圧力の空
間についての偏導関数と比例関係にある）に比例するパ
ルス状の圧力波である。

【０００３】そして、こうしたトンネルから放射される
微気圧波は、トンネル出口周辺の建物に対して騒音や振
動を及ぼすため環境対策問題の一つとして挙げられてい
る。特に、微気圧波を引き起こす圧縮波は、その圧力勾
配が車両速度の３乗に比例して大きくなるため、鉄道車
両の高速化を進める上において微気圧波の低下、即ち圧
縮波を小さく抑えることは極めて重要な課題となってい
る。そこで、近年そうした課題対策として、微気圧波を
低下させる高速鉄道車両の先頭部形状について幾つかの
提案がなされてきている。その一例として、特開平１１
−３２１６４０号公報に記載されたものを挙げることが
できる。

【０００４】この高速鉄道車両の先頭部形状では、図１
１の（ｐ）に示すように、先ず先端部（先端から約６ｍ
の位置まで）を後方上向きに傾斜させて１段目の横断面
積変化領域１０１を形成し、その後方を横断面積が一定
に保たれた領域１０２とした後、再び後方上向きに傾斜
するように（先端から約２１ｍの位置から約２５ｍの位
置まで）立ち上げて２段目の横断面積変化領域１０３を
形成している。そして、こうした形状としたことで、車
両のトンネル突入時に発生する圧縮波の圧力勾配を下げ
ることができた。具体的には、図１２の（Ｐ）に示すよ
うに、圧縮波が大きく分けて２段階に分散され、各ピー
クの極大値が下がり、その一方の最大値が比較例のもの
（Ｑ）に比べて低下していることが分かる。

【０００５】こうして、従来例で挙げた図１１の（ｐ）
に示す先頭部形状は、横断面積が変化する変化領域１０
１，１０３を前後方向に２つ設けたことが、図１１の
（Ｐ）に示すように圧力勾配のピークＰ１，Ｐ２を２つ
にしてその最大値を抑えることに寄与していると考えら
れる。微気圧波のパルスの強さ（パワー）が、こうした
圧力勾配の２乗に比例するからである。従って、圧力勾
配の最大値を低下させた当該従来例の先頭部形状には、
その点で微気圧波を低下させたことの効果がみられる。
一方、当該従来例によれば、更に横断面積一定の領域１
０２を設けたことによって圧力勾配分布のピークＰ１，
Ｐ２を前後に明確に分け、それぞれの圧縮波がトンネル
出口で集合した微気圧波にならないようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来例の先頭部形状は、前後の寸法が異常に長いもの
になってしまう。当該公報に挙げられている例のものは
２５ｍで、これは一車両分の長さに相当するものであ
る。現行の新幹線車両が図１１の（ｑ）に示すように、
先端からの後方上向きの傾斜が約１０ｍの位置（例えば
７００系車両では９．２ｍ）で最大横断面積の一般部に
達しているのと比べると、その長さは２倍以上にもなっ
てしまう。こうした車両の先頭部が長くなることは客室
となる一般部確保の点から好ましいものではなかった。
従って、圧力勾配分布のピークＰ１，Ｐ２を前後に明確
に分け、それぞれの圧縮波がトンネル出口で重ならない
ようにした従来の先頭部形状は、その効果以上に高速鉄
道車両に採用した場合のデメリットが大きかった。

【０００７】また、圧力勾配分布のピークＰ１，Ｐ２を
明確に分けることにより、横断面積一定の領域１０２に
対応する圧力勾配の極小値が極めて小さくなり、結果と
して最大値を大きくしてしまうという逆効果を生む。つ
まり、車両先頭部の最大横断面積が同じであれば、同じ
断面積のトンネルを同じ条件で通過させた場合、形状が
異なっていても当該車両先頭部の通過時間に生じる圧力
変化（圧力勾配分布によって囲まれる面積）が一定にな
る。そのため、その圧力勾配分布は、前後するピークＰ
１，Ｐ２を明確に２分するように窪みＰ３が深くなれ
ば、逆にピークＰ１，Ｐ２部分が持ち上がって最大値が
大きくなってしまう。そして、微気圧波のパルスの強さ
（パワー）がこうした圧力勾配の２乗に比例することか
ら、圧力勾配の最小値を極めて小さくする先頭部形状は
微気圧波の低下を制限することになるからである。

【０００８】そこで、本発明は、かかる課題を解決すべ
く、長さ方向寸法および一般部断面積一定の条件の下で
微気圧波を低下させる高速鉄道車両の先頭部形状を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高速鉄道車
両の先頭部形状は、高速鉄道車両における先端から最大
横断面積となる一般部までの先頭部形状において、先頭
部形状を車両先頭部のトンネル突入によって発生する圧
縮波の圧力勾配分布と対比した場合に、当該圧力勾配分
布にピークをつくる断面積変化率の大きい部分を、当該
車両先頭部の前端部と一般部直前の後部とに、前端部の
断面積変化率の極大値が後部の断面積変化率の極大値よ
り大きくなるように形成し、その前端部から後部にかけ
て断面積が徐々に僅かずつ大きくなるように断面積変化
率を小さくした中間部を形成したものであって、前端部
および後部のそれぞれに対応して現れた圧力勾配の２つ
の極大値がほぼ等しく、その極大値に対する中間部に対
応して現れた中間区間における圧力勾配の極小値の比の
値が、２つの極大値が重なってしまうようなことなく中
間区間の値をより一定化させる所定範囲内にあることを
特徴とする。また、本発明に係る高速鉄道車両の先頭部
形状は、前記所定範囲が、前記極大値に対する極小値の
比の値が０．９以上１．０以下であることが望ましい。

【００１０】よって、本発明の先頭部形状によれば、車
両先頭部のトンネル突入によって発生する圧縮波は、そ
の圧力勾配分布が断面積変化率の大きい先端部と後部と
に対応して２つのピークを形成し、しかも前端部の断面
積変化率を後部の断面積変化率より大きくしてあるの
で、圧力勾配の各ピークの極大値を等しくすることがで
きる。そして、その圧力勾配の極大値に対する、中間部
に対応して形成されたピーク間の窪みの極小値との比の
値を例えば０．９以上１．０以下になるようにすること
で、窪みの底を引き上げることに伴って２つの極大値が
重なってしまうようなことなく中間区間の値をより一定
化させることができ、圧力勾配の最大値（ピークの最大
値）を低下させることができる。従って、このように圧
力勾配の最大値を小さくすることで、車両先頭部の長さ
寸法を抑えながらも効果的に微気圧波を低下させること
が可能となった。

【００１１】また、本発明に係る高速鉄道車両の先頭部
形状は、車両先端部長さが９〜１２ｍの場合に、前端部
と後部のそれぞれの断面積変化率の極大値ａｘ，ｂｘの
比が１．１＜ａｘ／ｂｘ＜１．６であり、中間部の断面
積変化率の極小値ｃｘと前端部の断面積変化率の極大値
ａｘとの比が０．１＜ｃｘ／ａｘ＜０．２５であること
が望ましい。よって、本発明によれば、前述したと同様
に車両先頭部の長さ寸法を抑えながらも効果的に微気圧
波を低下させることが可能であり、特に車両先端部長さ
を９〜１２ｍの範囲とする場合には、当該条件によりそ
うした効果を奏する先頭部形状の車両を得ることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る高速鉄道車両
の先頭部形状について、その一実施形態を図面を参照し
て以下に説明する。図１は、高速鉄道車両先頭部の正面
形状を示した図であり、図２は、その側面形状を示した
図である。そして、いずれの図も所定の断面部分の形状
を重ねて示している。この先頭部形状１は、先ず先端部
分で上下左右方に大きな膨らみをもった前端部２と、そ
の後方に横断面積が徐々に僅かずつ大きくなるように傾
斜した中間部３と、更に一般部直前で上方にせり上がる
ようにした後部４と、大きく３つの部分から構成されて
いる。そして、この車両先頭部は、長さをＬ＝９．２ｍ
及び最大横断面積（一般部横断面積）を１０．９５ｍ²
として設計したものである（７００系車両と同じ）。

【００１３】次に図３は、こうした本形態における先頭
部形状をした車両先頭部の各パターンにおける、車両横
断面積の車体長手方向の導関数（以下、「断面積変化
率」という）を示した分布図である。そして、こうした
先頭部形状によって生じる圧縮波の圧力勾配分布（時速
２７０ｋｍ／ｈ走行時について）を図４に示している。
ところで、図４は、車両先頭部がトンネルに突入する際
に生じる圧縮波の圧力勾配分布を示したものであり、具
体的にはトンネル内の所定箇所で観測した圧縮波の圧力
変化を時間で微分したものである。縦軸には圧力勾配を
とり、横軸には時間をとっている。ここで、ｖは車両速
度であり、Ｌは車両の先頭部長さである。そして、観測
点における時刻の原点０は、トンネル入口に車両先頭部
が突入した瞬間に発生した音波がその観測点に到達した
時刻をとっている。なお、観測点はトンネル入口からの
距離ｘに依存しているため、音速をｓで表せばこの線図
はｘ／ｓだけ時刻の原点がずれている。

【００１４】そこで図３及び図４から、本形態の先頭部
形状１（図１及び図２参照）によれば、断面積変化率の
大きい前端部２及び後部４で圧力勾配分布のピークＡ，
Ｂをつくり、断面積変化率が低下する中間部３で圧力勾
配分布が窪みＣをつくることが分かる。つまり、本形態
の先頭部形状１は、このように前端部２及び後部４によ
り前後で断面積変化率を大きくすることによって、圧縮
波による圧力勾配分布のピークＡ，Ｂを分散させ、圧力
勾配の最大値（ピークの最大値）を低下させるようにし
たものである。更に、そうした圧力勾配のピークＡ，Ｂ
を分散させるべく、先頭部形状１は、断面積変化率が小
さくなる中間部３を設けて、そのピークＡ，Ｂ間に窪み
Ｃをつくるようにしたものである。

【００１５】ところで、微気圧波は圧縮波による圧力勾
配に比例するため、微気圧波を低下させるには圧力勾配
の最大値を下げればよい。即ち、図４に示す圧力勾配分
布のピークＡ，Ｂを下げればよいことになる。その際、
前記従来例のように単純に車両先頭部を長くすれば車両
先頭部の通過時間（図４のＬ／ｖ）が長くなるため、そ
れに伴ってピークＡ，Ｂを低下させることができる。こ
れは、圧力勾配分布が、最大横断面積（一般部横断面
積）が同じであれば、同じ条件で走行させた場合に生じ
る圧力変化（０〜Ｌ／ｖの範囲で囲まれる圧力勾配分布
の面積）が一定であるため、車両先頭部が長くなれば時
間幅が広くなって圧力勾配全体が低下するからである。

【００１６】しかし、車両先頭部に例えば２５ｍもの長
さを要するのは、一車両が２５ｍ程度であることを考え
ると前述したように現実的ではなく、従来車両と同程度
の先頭部長さで微気圧波の低下を図ることが必要となっ
てくる。そこで、本願発明者は、そうした解決を圧力勾
配の分布特性に着目して行った。具体的には、微気圧波
を低下させるような圧縮波を発生させるには先頭部形状
の横断面積をいかに変化させればよいかの検討を試み
た。

【００１７】先ず、微気圧波を低下させるには、（１）
圧力勾配分布のピークＡ，Ｂを抑えることが必要であ
り、それにはピークＡ，Ｂの極大値が等しく小さくなる
ことが好ましい。これは、微気圧波の強さ（パワー）が
圧力勾配の２乗に比例するからである。また、（２）ピ
ークＡ，Ｂの極大値をより小さくするには窪みＣ部分の
極小値をその極大値に近づけることが好ましい。前述し
たように０〜Ｌ／ｖ間の圧力勾配分布によって囲まれる
面積が一定であれば、窪みＣの凹みを小さくすることが
ピークＡ，Ｂの極大値（圧力勾配の最大値）を下げるこ
とになるからである。

【００１８】そこで、微気圧波を低下させる最適な先頭
部形状は、当該形状の車両先頭部によってトンネル突入
時に発生する圧縮波の圧力勾配と対比してみた場合に、
当該分布形状が台形に近いものであること、即ち圧力勾
配分布のピークＡ，Ｂの極大値と窪みＣの極小値との差
が小さいものであると考えられる。そして、それには図
１及び図２に示した本実施形態の先頭部形状を具体的に
はどういった形状にすればよいか、横断面積変化の観点
から数値解析による検討を行った。ここで図５は、図３
及び図４に示した各パターンの先頭部形状に対応する横
断面積変化を示した図である。

【００１９】図３及び図４の結果を示す各パターンの先
頭部形状は、図５に示すようにいずれも横断面積が大き
く変化する図１及び図２の前端部２及び後部４をもち、
故に図３に示す断面積変化率分布にはピークａ，ｂが顕
著に現れる。そして、各パターンの先頭部形状は、こう
して示された断面積変化率の違いに起因して図４に示す
ような圧力勾配分布を生じさせる。そこで今回の検討で
は、前記（１）（２）の条件に基づき、如何にしてピー
クＡ，Ｂの極大値Ａｘ，Ｂｘ（ｘ＝１，２…であり、パ
ターン番号を表す。以下同じ）を等しくかつ小さくする
ことができるか、断面積変化率ａｘ，ｂｘ，ｃｘの関係
から横断面積変化の抽出を行った。ここで、ａｘ，ｂｘ
は、ピークａ，ｂにおける断面積変化率の各極大値であ
り、ｃｘは、窪みｃにおける断面積変化率分布の極小値
である。

【００２０】横断面積変化の抽出における具体的な方法
としては、ａｘ，ｂｘ，ｃｘの比をとり、その結果と圧
力勾配との関係から考察を行った。なお、今回の検討に
際しては、最適横断面積分布を求める解析を簡単にする
ための軸対称モデルを用いて解析を行った。つまり、今
回の解析結果は、トンネル形状を横断面積を一致させる
ようにして円筒形状にし、車両を横断面積分布を一致さ
せるように円柱状のものが突入する場合を想定して行っ
ている。

【００２１】図６は、図３に示す各形状の断面積変化率
分布の特徴を表にしたものである。こうした各パターン
の車両先頭部形状によって発生する圧縮波の圧力勾配を
数値計算したところ、図７に示す表のような値が得られ
た。

【００２２】先ずパターン１について検討した場合、圧
力勾配分布の極大値Ａｘ，Ｂｘの比はＡｘ／Ｂｘ＝１．
０７であり、ＡｘがＢｘより大きくなっている。つま
り、パターン１の形状では、ａｘ／ｂｘが大きすぎるこ
とが分かる。次にパターン２について検討した場合、Ｂ
ｘ／Ａｘ＝１．１８でありＢｘがＡｘより大きくなって
いる。つまり、パターン２の形状では、ａｘ／ｂｘが小
さすぎることが分かる。従って、最適断面積分布のａｘ
／ｂｘは、この２パターンの中間に存在することが分か
る。なお、このような最適条件でａｘがｂｘより大きく
なるのは、先頭部がトンネルに突入する瞬間より一般部
直前が突入する瞬間のほうが、既に突入している車両横
断面積分だけ実質的にトンネル横断面積が小さくなって
いるからであり、より小さい断面積変化率で大きな圧力
勾配となるためである。

【００２３】次にパターン３の形状では、圧力勾配分布
の極大値Ａｘ，Ｂｘの比はＡｘ／Ｂｘ＝１．０１となっ
て、圧力勾配分布の２ピーク値がほぼ等しく条件（１）
を満たしている。しかし、圧力勾配分布の窪みＣが深
く、Ｃｘ／Ａｘ＝０．８３と小さな値となっている。つ
まり、パターン３の形状では、ｃｘ／ａｘが小さすぎる
ことが分かる。

【００２４】よって、圧力勾配の分布形状を台形に近づ
けること、すなわち２つの極大値Ａｘ，Ｂｘが重なって
しまうようなことなく、かつ極大値Ａｘから極大値Ｂｘ
までの値をより一定化させることを考えた場合、前記課
題でも述べたように、圧力勾配分布の窪みＣをつくる断
面積変化率の極小値ｃｘの極端な低下は避けるべきであ
る。極小値ｃｘを小さくすることは圧力勾配分布の窪み
Ｃを深くすることにつながり、極大値Ａｘ，Ｂｘを小さ
く抑えることのマイナス要因となるからである。従っ
て、窪みＣにおける極小値Ｃｘを極大値Ａｘ，Ｂｘの値
に近づける（相対的に極大値Ａｘ，Ｂｘは下がる）ため
には、断面積変化率の極小値ｃｘをある値以上に維持す
ることが必要である。そこで、パターン１〜３のＣｘ／
ｍａｘ（Ａｘ，Ｂｘ）の値を考慮して（図７参照）、そ
の値が１になることが理想であるが０．９を超える場合
を許容範囲とし、０．９≦Ｃｘ／ｍａｘ（Ａｘ，Ｂｘ）
≦１．０の条件に合うように極小値ｃｘを決定する。

【００２５】以上の検討結果に基づき、Ａｘ＝Ｂｘかつ
０．９≦Ｃｘ／ｍａｘ（Ａｘ，Ｂｘ）≦１．０となる条
件で先頭部形状の最適横断面積を設計したところ、パタ
ーン４の解析結果を得ることができた。すなわち極大値
Ａｘ，Ｂｘの値が共に９．５６（ｋＰａ／ｓ）となり同
値で、パターン１〜３のどの最大値よりも小さい値が得
られた。こうした解析結果に基づく最適横断面積分布が
図５の線図パターン４に示すものであり、具体的に設計
された先頭部形状が図１及び図２に示すものである。ま
た、図４の圧縮波の圧力勾配分布をみても、他のパター
ンのものに比べて窪みＣにおける極小値Ｃｘが極大値Ａ
ｘ，Ｂｘの値により近づき、その分布形状が理想とする
台形に近づいていることが分かる。

【００２６】ところで、今回の検討では車両先頭部の長
さを９．２ｍとし、一般部横断面積を１０．９５ｍ² と
して行った解析結果に基づくものである。この場合、一
般部横断面積は、既存の軌道寸法などから大きく変更す
るものではないが、先頭部長さについては長短の変更が
比較的容易に行える。そこで、車両先頭部長さが従来車
両（７００系）と同等かやや長い程度（９〜１２ｍ）に
おける先頭部形状の最適横断面積についてもあわせて検
討を行った。そのために前記の最適形状条件に基づき、
先端部長さＬを９．２ｍに加えてＬ＝７ｍとＬ＝１２ｍ
とにした場合の先頭部形状についても、断面積変化率と
圧力勾配の解析を行った。ここで、図８は、最適形状条
件に基づいて求めたＬ＝７ｍ、９．２ｍ、１２ｍの先頭
部形状及び従来の先頭部形状に対応する横断面積の変化
を示した図である。そして、図９は、こうした各先頭部
形状の車両先頭部における断面積変化率を示した分布図
であり、図１０は、各先頭部形状によって生じる圧縮波
の圧力勾配分布を示した図である。

【００２７】先ず、パターン１１のように先頭部長さＬ
が短い場合、図１０に示すようにピークＡ，Ｂが重なら
ないようにするためには、図８に示すように横断面積変
化が激しくなり、図９に示すように中間部３（図２参
照）の断面積変化率の極小値ｃｘが小さくなる。そし
て、パターン１１ではｃｘ／ａｘの値が０．０６と０．
１０を下回った。一方、Ｌ＝９．２ｍ、１２ｍの場合に
はｃｘ／ａｘを０．０６程度まで小さくするとＣｘ／Ａ
ｘのの値が０．９を大きく下回ってしまうことになるた
め、ｃｘ／ａｘの下限を０．１０とする必要があった。
そこで、先頭部長さＬを９〜１２ｍでＡｘ＝Ｂｘとなる
ようなａｘ＞ｂｘで０．９≦Ｃｘ／ｍａｘ（Ａｘ，Ｂ
ｘ）≦１．０の最適形状条件について確認を行ったとこ
ろ、１．１＜ａｘ／ｂｘ＜１．６かつ０．１＜ｃｘ／ａ
ｘ＜０．２５である必要があった。

【００２８】これは、最適形状条件ではａｘ＞ｂｘであ
るため、極大値ａｘ，ｂｘの比が１を超える値になるこ
とに問題はないが、Ｌ＝９〜１２ｍの範囲で圧力勾配分
布の極大値Ａｘ，Ｂｘのバランス（極大値Ａｘ，Ｂｘの
値がほぼ同じ値であると認められること）をとるように
するには、厳密には１．１より大きい場合がこの好まし
く、また逆に１．６以上になると断面積変化率の極大値
ａｘの値に伴って圧力勾配分布の極大値Ａｘが大きくな
りすぎてバランスを崩してしまうからである。一方、極
小値ｃｘと極大値ａｘの比は、前述したように０．１よ
り大きい値とし、更に０．２５を超えると圧力勾配の極
小値Ｃｘが大きくなりすぎて、２つのピークＡ，Ｂが現
れないパターン１０のようになってしまうため、その値
を上限とした。なお、車両横断面積が変化した場合には
トンネル横断面積と車両横断面積の比が変化するため、
最適横断面積も多少変化する可能性はある。

【００２９】よって、本実施形態の先頭部形状によれ
ば、微気圧波の発生させる圧縮波について圧力勾配の最
大値を、従来形状の車両（７００系車両）と同等の先頭
部長さのままで大幅に下げることができた。具体的に
は、先頭部長さＬが９．２ｍの場合、図１０に示す従来
形状の車両と圧力勾配の最大値を比べると、従来形状の
ものは１２．２ｋＰａ／ｓであったのに対し、本実施形
態の形状では１０．１ｋＰａ／ｓになった。即ち、本実
施形態の形状によれば、微気圧波の大きさを決定する圧
力勾配の最大値を１７％低下させることができた。この
１７％という数値は、微気圧波のパワーが圧力勾配の２
乗に比例することから、微気圧波を低下させることにつ
いて非常に大きな値であるといえる。そして、更に先頭
部長さを１２ｍまで伸ばすことができれば、その効果は
より顕著である（図１０のパターン１３）。

【００３０】また、こうした効果を従来例のものとの比
較した先頭部形状１の構成から述べれば、中間部３の横
断面積を徐々に僅かずつ大きくなるように傾斜させ、特
に僅かに傾斜させて断面積変化率を小さくした当該中間
部３による極小値Ｃｘを、０．９≦Ｃｘ／ｍａｘ（Ａ
ｘ，Ｂｘ）≦１．０の条件に合うようにすることで上記
効果を得ることができた。

【００３１】なお、本発明は、前記実施形態に説明した
ものに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲
で様々な変更が可能である。例えば、圧力勾配分布にお
けるピークＡ，Ｂの２つの極大値Ａｘ，Ｂｘを等しく
し、それによって圧力勾配の最大値を下げることについ
て説明したが、これら極大値Ａｘ，Ｂｘに少しでも差が
ある場合を排除するわけではない。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、高速鉄道車両における先端か
ら最大横断面積となる一般部までの先頭部形状を、車両
先頭部のトンネル突入によって発生する圧縮波の圧力勾
配分布と対比した場合に、当該圧力勾配分布にピークを
つくる断面積変化率の大きい部分を当該車両先頭部の前
端部と一般部直前の後部とに、前端部の断面積変化率の
極大値が後部の断面積変化率の極大値より大きくなるよ
うに形成し、その前端部から後部にかけて断面積が徐々
に僅かずつ大きくなるように断面積変化率を小さくした
中間部を形成したものであって、前端部および後部のそ
れぞれに対応して現れた圧力勾配の２つの極大値がほぼ
等しく、その極大値に対する中間部に対応して現れた中
間区間における圧力勾配の極小値の比の値が、２つの極
大値が重なってしまうようなことなく中間区間の値をよ
り一定化させる所定範囲内とする構成としたので、長さ
方向寸法を抑えながら微気圧波を低下させる高速鉄道車
両の先頭部形状を提供することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】高速鉄道車両先頭部の正面形状を示した図であ
る。

【図２】高速鉄道車両先頭部の側面形状を示した図であ
る。

【図３】本形態における先頭部形状をした車両先頭部の
各パターンの断面積変化率を示した分布図である。

【図４】本形態における先頭部形状をした車両先頭部の
各パターンの圧縮波の圧力勾配分布図である。

【図５】図３及び図４に示した各パターンの先頭部形状
に対応する横断面積の変化を示した図である。

【図６】図３に示す各形状パターンの断面積変化率の特
徴を表にしたものである。

【図７】図３に示す各形状パターンの圧力勾配の特徴を
表にしたものである。

【図８】最適横断面積条件に基づいて求めたＬ＝７ｍ、
９．２ｍ、１２ｍの先頭部形状及び従来の先頭部形状に
対応する横断面積の変化を示した図である。

【図９】図９の各先頭部形状の車両先頭部における断面
積変化率を示した分布図である。

【図１０】図９の各先頭部形状によって生じる圧縮波の
圧力勾配を示した分布図である。

【図１１】従来例における高速鉄道車両の先頭部形状を
示した図である。

【図１２】従来例における高速鉄道車両の先頭部形状に
よる圧力勾配を示した分布図である。

【符号の説明】

１先頭部形状２前端部３中間部４後部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高速鉄道車両における先端から最大横断
面積となる一般部までの先頭部形状において、先頭部形状を車両先頭部のトンネル突入によって発生す
る圧縮波の圧力勾配分布と対比した場合に、当該圧力勾
配分布にピークをつくる断面積変化率の大きい部分を、
当該車両先頭部の前端部と一般部直前の後部とに前端部
の断面積変化率の極大値が後部の断面積変化率の極大値
より大きくなるように形成し、その前端部から後部にか
けて断面積が徐々に僅かずつ大きくなるように断面積変
化率を小さくした中間部を形成したものであって、当該
前端部および後部のそれぞれに対応して現れた圧力勾配
の２つの極大値がほぼ等しく、その極大値に対する中間
部に対応して現れた中間区間における圧力勾配の極小値
の比の値が、２つの極大値が重なってしまうようなこと
なく中間区間の値をより一定化させる所定範囲内にある
ことを特徴とする高速鉄道車両の先頭部形状。
【請求項２】請求項１に記載する高速鉄道車両の先頭
部形状において、前記所定範囲は、前記極大値に対する極小値の比の値が
０．９以上１．０以下であることを特徴とする高速鉄道
車両の先頭部形状。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載する高速鉄
道車両の先頭部形状において、車両先端部長さが９〜１２ｍの場合に、前端部と後部の
それぞれの断面積変化率の極大値ａｘ，ｂｘの比が１．
１＜ａｘ／ｂｘ＜１．６であり、中間部の断面積変化率
の極小値ｃｘと前端部の断面積変化率の極大値ａｘとの
比が０．１＜ｃｘ／ａｘ＜０．２５であることを特徴と
する高速鉄道車両の先頭部形状。