JP2010228559A - 移動体の気流はく離抑制構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構造によって移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制することができる移動体の気流はく離抑制構造を提供する。
【解決手段】はく離抑制部６は、車両２の車体端面３ａよりも前側で気流Ｆを衝突させこの衝突した気流Ｆをこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導くことによって、この車両２の先頭部からの気流Ｆのはく離を抑制する。車両２がＸ軸方向に走行すると、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導かれる。このため、はく離抑制部６の先端部から車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄの表面に沿って気流Ｆが流れる。その結果、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが大きくはく離して車両２の先頭部の見かけの断面積が増加するのを抑制し、トンネルなどに車両２が突入するときに発生する圧力変動が低減される。
【選択図】図１
【解決手段】はく離抑制部６は、車両２の車体端面３ａよりも前側で気流Ｆを衝突させこの衝突した気流Ｆをこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導くことによって、この車両２の先頭部からの気流Ｆのはく離を抑制する。車両２がＸ軸方向に走行すると、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導かれる。このため、はく離抑制部６の先端部から車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄの表面に沿って気流Ｆが流れる。その結果、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが大きくはく離して車両２の先頭部の見かけの断面積が増加するのを抑制し、トンネルなどに車両２が突入するときに発生する圧力変動が低減される。
【選択図】図１
Description
この発明は、移動体が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造に関する。
従来の鉄道車両は、車両走行時に車体側方における空気流の発生を抑制するために、先頭車両の妻面の両側部に車体中心側に向かって湾曲する板状部材を備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の鉄道車両では、先頭車両の妻面に衝突した気流を板状部材によって車体の上方及び下方に分離して導くことによって、車両走行時に車体側方に発生する気流を抑制し、プラットホーム上に発生する列車風を低減している。
高速列車がトンネル入口側坑口に突入するとトンネル内に圧縮波が発生する。この圧縮波はトンネル内を伝播する。そして、圧縮波が出口側坑口に到達した時、パルス状の圧力波であるトンネル微気圧が外部へ放出される。一方、圧縮波は坑口や列車端で反射しトンネル内を往復し、列車に圧力変動を及ぼす。圧力変動は、車内におけるいわゆる「耳つん」現象などの原因となる。これらの現象には、列車突入時に形成される圧縮波の圧力の大きさ、および、圧力勾配（圧力の変化時間）が主に関係すると考えられる。
近年、車両性能の向上や線形改良により在来線でも高速化が進み、特に先頭部端部に丸みのほとんど無い切妻型列車のトンネル突入時に形成される圧縮波について、その圧力の大きさおよび圧力勾配が増大する傾向にある。これらの増大の主原因は、列車の切妻型先頭部からの流れのはく離による見かけの車両断面積増大が考えられている。この圧縮波の圧力の大きさおよび圧力勾配が増大するのに伴い、耳つん、トンネル微気圧波などが増大する傾向にある。一方、先頭部からの流れのはく離が大きくなると、列車の空気抵抗も増大するという問題もあることが分かっている。
しかし、従来の鉄道車両では、プラットホーム上に発生する列車風の低減を目的としており、先頭車両の妻面に衝突した気流を板状部材によって車体の上方及び下方に導くと、車体の上面及び下面で気流がはく離するおそれがある。その結果、従来の鉄道車両では、列車風を低減することは可能であっても、トンネル微気圧波が発生してしまう問題点がある。
この発明の課題は、簡単な構造によって移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制することができる移動体の気流はく離抑制構造を提供することである。
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図４、図１６及び図２３に示すように、移動体（２）が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流（Ｆ）のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、前記移動体の前面（３ａ）よりも前側で気流を衝突させこの衝突した気流をこの移動体の側面（３ｂ，３ｃ）前端部に導くことによって、この移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制するはく離抑制部（６）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造（５）である。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図４、図１６及び図２３に示すように、移動体（２）が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流（Ｆ）のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、前記移動体の前面（３ａ）よりも前側で気流を衝突させこの衝突した気流をこの移動体の側面（３ｂ，３ｃ）前端部に導くことによって、この移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制するはく離抑制部（６）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造（５）である。
請求項２の発明は、請求項１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部に沿ってこの前面から突出する突出部（７）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図４に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部から所定距離（Ｌe）だけ内側に配置されていることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項４の発明は、請求項３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体の移動方向（Ｘ）に幅方向が一致し、前記移動体の左右方向（Ｙ）に厚さ方向が一致する板状部（７ａ）を備えることを特徴としている移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項５の発明は、請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１６及び図２３に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部に配置されていることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項６の発明は、請求項５に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の側縁部に向かって湾曲する凸状部（７ｃ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
前記はく離抑制部は、前記移動体の側縁部に向かって湾曲する凸状部（７ｃ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項７の発明は、請求項６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、水平面で切断したときの断面形状が１／２円又は１／４円であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項８の発明は、図３、図１５及び図２３に示すように、移動体（２）が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流（Ｆ）のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、前記移動体の前面よりも前側で気流を衝突させこの衝突した気流をこの移動体の上面（３ｄ）前端部に導くことによって、この移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制するはく離抑制部（６）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造（５）である。
請求項９の発明は、請求項８に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図３に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部に沿ってこの前面から突出する突出部（７）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１０の発明は、請求項８又は請求項９に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部から所定距離（Ｌe）だけ内側に配置されていることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１１の発明は、請求項１０に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体の移動方向（Ｘ）に幅方向が一致し、前記移動体の上下方向（Ｚ）に厚さ方向が一致する板状部（７ａ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１２の発明は、請求項１０又は請求項１１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１５及び図２３に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部に配置されていることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１３の発明は、請求項１２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体の上縁部に向かって湾曲する凸状部（７ｃ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、垂直面で切断したときの断面形状が１／２円又は１／４円であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１５の発明は、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図５に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体側に着脱自在に装着可能であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１６の発明は、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図５及び図６に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体側に折畳可能であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１７の発明は、請求項１６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、使用時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が開き、非使用時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が閉じるように、このはく離抑制部を駆動する駆動部（１０）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１８の発明は、請求項１７に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図７に示すように、前記駆動部は、作動流体の流体圧によって前記はく離抑制部を駆動することを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項１９の発明は、請求項１７に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図９及び図１０に示すように、前記駆動部は、手動操作によって前記はく離抑制部を駆動することを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２０の発明は、請求項１６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１１及び図１２に示すように、風圧増加時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が開き、風圧低下時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が閉じるように、このはく離抑制部を前記移動体に回転自在に連結する連結部（８）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２１の発明は、請求項２０に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記連結部は、前記移動体の前面が受ける風圧に応じて前記はく離抑制部を回転させることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２２の発明は、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１７、図１８、図２４及び図２５に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体側に圧縮可能であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２３の発明は、請求項２２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、使用時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が伸び、非使用時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が縮むように、このはく離抑制部を伸縮させる伸縮作動部（１４）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２４の発明は、請求項２３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記伸縮作動部は、図１９及び図２６に示すように、作動流体の流体圧によって前記はく離抑制部を伸縮させることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
請求項２５の発明は、請求項１から請求項２４までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１〜図３に示すように、前記はく離抑制部は、前記移動体の運転者が外部を看視するための透過部（７ｂ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
この発明によると、簡単な構造によって移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制することができる。
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図６は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図６は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
図１〜図４に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）であり、車両２の車輪４ａを案内する一対のレール１ａなどを備えている。車両２は、軌道１に沿って走行する移動体であり、電車、気動車又は機関車などの鉄道車両である。車両２は、図１〜図６に示す車体３と、図３に示す台車４と、図１〜図６に示す気流はく離抑制構造５などを備えている。図１〜図４に示す車両２は、列車の運転制御をするための運転室を備える先頭車両である。
車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物である。車体３は、図１〜図６に示す車体端面（車体前面）３ａと、図２及び図４に示す車体側面３ｂ，３ｃと、図１〜図４に示す車体上面３ｄと、図３に示す車体底面３ｅと、図５及び図６に示す貫通孔３ｆなどを備えている。車体端面３ａは、車両２の妻構え（前構体）を構成する外板（妻板）であり先頭車両の先頭部である。車体端面３ａは、量産が容易で低コストの切妻形状であり、妻板が平面であり側板と直角に形成されている。図１及び図２に示す車体端面３ａは、車両２が中間車両として連結されたときに、前後の車両間を乗客及び乗務員が移動するときに使用する妻入口３ｇと、乗務員が前方を看視するために運転室前面に形成された前面窓（前面窓ガラス）３ｈなどを備えている。図４に示す車体側面３ｂ，３ｃは、車両２の側構え（側構体）を構成する外板（側板）であり、図３に示すように乗務員が車外を看視するための側窓（側面窓ガラス）３ｉと、乗務員が乗降するときに使用する側出入口３ｊと、乗客が乗降するときに使用する側出入口３ｋなどを備えている。図１〜図４に示す車体上面３ｄは、車両２の屋根構え（屋根構体）を構成する外板（屋根板）であり、車室内を空気調和するための空気調和装置などの屋根上機器が設置される。図３に示す車体底面３ｅは、車両２の床構造を構成する外板であり、台車４などの走行装置が設置されている。図５及び図６に示す貫通孔３ｆは、駆動部１０のピストンロッド１０ｂが移動自在に貫通する部分であり、車体端面３ａに水平方向に形成されたスリット状の長孔である。図３に示す台車４は、車体３を支持して軌道１上を走行する走行装置であり、レール１ａと転がり接触する車輪４ａなどを備えている。
図１〜図６に示す気流はく離抑制構造５は、車両２が走行するときにこの車両２の先頭部からの気流Ｆのはく離を抑制する構造である。気流はく離抑制構造５は、図３〜図５に示すように、車体端面３ａよりも前側で衝突した気流Ｆを車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄに導くことによって、気流Ｆのはく離を抑制して車両２の空気抵抗を低減するとともに、車両２の先頭部の見かけの車両断面積が増大するのを抑制して、トンネル微気圧波の発生を低減する。また、気流はく離抑制構造５は、車両２のトンネル突入時に発生するトンネル内の圧力変動を抑制し、その結果、車体３に作用する繰り返し荷重によって発生する車体構造疲労を低減するとともに、気圧変動に起因して車体３内の乗客に発生する耳の不快感や違和感である耳つん現象を低減する。気流はく離抑制構造５は、図１〜図６に示すはく離抑制部６と、図５及び図６に示す連結部８，９と、駆動部１０と、密封部１１と、操作部１２と、制御部１３などを備えている。
図１〜図６に示すはく離抑制部６は、車両２の車体端面３ａよりも前側で気流Ｆを衝突させこの衝突した気流Ｆをこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導くことによって、この車両２の先頭部からの気流Ｆのはく離を抑制する部分である。はく離抑制部６は、図１及び図２に示すように、車体端面３ａの側縁部及び上縁部に沿って、この車体端面３ａを囲むように配置されており、車体端面３ａの両側と車体端面３ａの上側とに配置されている。はく離抑制部６は、いずれも同一構造であり、以下では進行方向前側から見て車体端面３ａの右側縁部に配置されたはく離抑制部６を中心に説明し、車体端面３ａの左側縁部及び上縁部に配置されたはく離抑制部６については詳細な説明を省略する。はく離抑制部６は、車両２側に着脱自在に装着可能であるとともに、図６に示すように車両２側に折畳可能である。はく離抑制部６は、例えば、アルミニウム、ステンレスなどの金属、アクリル樹脂などの合成樹脂、繊維強化プラスチック(FRP) 又はゴムなどによって形成されている。はく離抑制部６は、図２〜図５に示すように突出部７などを備えている。
突出部７は、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に沿ってこの車体端面３ａから突出する部分である。突出部７は、図２〜図５に示すように、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部から距離Ｌeだけ内側に配置されており、図３〜図５に示すように車体端面３ａから先端部まで高さＬfだけ突出している。突出部７は、図３及び図４に示すように、先端部が平坦面に形成されており、図１〜図６に示すように板状部７ａと透過部７ｂなどを備えている。
板状部７ａは、気流Ｆの向きを変える部分である。板状部７ａは、図１〜図５に示すように、車両２の移動方向（Ｘ軸方向）に幅方向が一致し、車両２の左右方向（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）に厚さ方向が一致している。板状部７ａは、図１に示すように、車体端面３ａの側縁部及び上縁部を囲むように配置されたつい立状の突起部であり、側縁部及び上縁部に沿って連続して同一形状で形成されている。
図１〜図３に示す透過部７ｂは、車両２の運転者が外部を看視するための部分である。透過部７ｂは、車両２の運転室内の乗務員が外部を看視可能なように、図１及び図２に示す前面窓３ｈと略同じ高さで形成されている。透過部７ｂは、突出部７が運転者の視界を遮らないように、運転者の視界領域内に形成された透明又は半透明な部分であり、板状部７ａの一部に形成されている。透過部７ｂは、例えば、ポリカーボネートなどの合成樹脂又は強化ガラスなどによって形成されている。
図４及び図５に示す連結部８，９は、はく離抑制部６を車両２に着脱自在に装着する部分である。連結部８は、はく離抑制部６と車両２とを回転自在に連結する。連結部８は、この連結部８を回転中心としてはく離抑制部６が回転可能なように、はく離抑制部６の後端部を車体３に回転自在に連結する蝶番（ヒンジ構造）である。連結部８は、車両２側に取り付けられた車両側軸受部と、はく離抑制部６側に取り付けられた抑制部側軸受部と、車両側軸受部と抑制部側軸受部とに着脱自在に挿入されるピン部とを備えている。連結部８は、はく離抑制部６を車両２から取り外すときには、車両側軸受部と抑制部側軸受部とからピン部を抜き取り、はく離抑制部６を車両２に取り付けるときには、車両側軸受部と突出部側軸受部とにピン部を挿入する。
連結部９は、はく離抑制部６とピストンロッド１０ｂとを回転自在に連結する。連結部９は、連結部８を回転中心としてはく離抑制部６が回転可能なように、はく離抑制部６の後端部寄りをピストンロッド１０ｂに回転自在に連結する蝶番（ヒンジ構造）である。連結部９は、はく離抑制部６側に取り付けられた抑制部側軸受部と、ピストンロッド１０ｂ側に取り付けられたロッド側軸受部と、抑制部側軸受部とロッド側軸受部とに着脱自在に挿入されるピン部とを備えており、連結部８と同様の操作によってはく離抑制部６を車両２に着脱可能である。
駆動部１０は、はく離抑制部６を駆動する部分である。駆動部１０は、図５に示すように、使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、図６に示すように非使用時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を駆動する。駆動部１０は、作動流体の流体圧によってはく離抑制部６を自動的に駆動する。駆動部１０は、はく離抑制部６を車両２側から展開してこのはく離抑制部６の内側側面及び外側側面を車体端面３ａに対して略垂直に位置づけるとともに、はく離抑制部６を車両２側に折り畳みはく離抑制部６の内側側面と車体端面３ａとを略平行に位置づける。駆動部１０は、図５及び図６に示すように、シリンダ部１０ａと、ピストンロッド１０ｂと、流体圧回路１０ｃなどを備えている。シリンダ部１０ａは、はく離抑制部６を駆動する部材であり、ピストンロッド１０ｂを伸縮することによって、連結部８を回転中心としてはく離抑制部６を回転駆動し、はく離抑制部６を開放位置（展開状態）と閉鎖位置（折畳状態）とに切り替える。シリンダ部１０ａは、例えば、油圧又は空気圧などの作動流体の流体圧によって駆動力を発生する油圧シリンダ又は空気圧シリンダなどのアクチュエータであり、垂直軸（Ｚ軸）回りに回転可能なように車体３側の固定部材に連結されている。ピストンロッド１０ｂは、シリンダ部１０ａ内のピストンの進退動作に連動して進退動作する部材である。ピストンロッド１０ｂの先端部は、はく離抑制部６に回転自在に連結されている。
図７は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造における駆動部の流体圧回路の回路図である。
図５及び図６に示す流体圧回路１０ｃは、シリンダ部１０ａ内のピストンを作動流体の流体圧によって駆動するための回路である。流体圧回路１０ｃは、図７に示すように、ポンプ１０ｄと、タンク１０ｅと、方向切替弁１０ｆなどを備えている。ポンプ１０ｄは、シリンダ部１０ａのヘッド側室Ｓ1に作動流体を供給する装置であり、タンク１０ｅはシリンダ部１０ａのヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2から排出される作動流体を回収する装置である。方向切替弁１０ｆは、ピストンロッド１０ｂの前進、後退及び停止を切り替える装置である。方向切替弁１０ｆは、右側のソレノイドSOL-aが通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが前進するように、ポンプ１０ｄからの作動流体をヘッド側室Ｓ1に供給させ、ロッド側室Ｓ2からタンク１０ｅに作動流体を排出させる。一方、方向切替弁１０ｆは、左側のソレノイドSOL-bが通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが後退するように、ポンプ１０ｄからの作動流体をロッド側室Ｓ2に供給させ、ヘッド側室Ｓ1からタンク１０ｅに作動流体を排出させる。また、方向切替弁１０ｆは、ソレノイドSOL-a，SOL-bが非通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが停止するように、ヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2への作動流体の供給及び排出を禁止する。
図５及び図６に示す流体圧回路１０ｃは、シリンダ部１０ａ内のピストンを作動流体の流体圧によって駆動するための回路である。流体圧回路１０ｃは、図７に示すように、ポンプ１０ｄと、タンク１０ｅと、方向切替弁１０ｆなどを備えている。ポンプ１０ｄは、シリンダ部１０ａのヘッド側室Ｓ1に作動流体を供給する装置であり、タンク１０ｅはシリンダ部１０ａのヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2から排出される作動流体を回収する装置である。方向切替弁１０ｆは、ピストンロッド１０ｂの前進、後退及び停止を切り替える装置である。方向切替弁１０ｆは、右側のソレノイドSOL-aが通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが前進するように、ポンプ１０ｄからの作動流体をヘッド側室Ｓ1に供給させ、ロッド側室Ｓ2からタンク１０ｅに作動流体を排出させる。一方、方向切替弁１０ｆは、左側のソレノイドSOL-bが通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが後退するように、ポンプ１０ｄからの作動流体をロッド側室Ｓ2に供給させ、ヘッド側室Ｓ1からタンク１０ｅに作動流体を排出させる。また、方向切替弁１０ｆは、ソレノイドSOL-a，SOL-bが非通電状態になると流路が切り替わり、ピストンロッド１０ｂが停止するように、ヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2への作動流体の供給及び排出を禁止する。
図８は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造における密封部の正面図である。
図８に示す密封部１１は、車体３の貫通孔３ｆを密封する部分である。密封部１１は、貫通孔３ｆから気流Ｆが車内に流入するのを阻止しており、貫通孔３ｆの上縁部に装着された上側密封部１１ａと、貫通孔３ｆの下縁部に装着された下側密封部１１ｂとを備えている。密封部１１は、上側密封部１１ａの下端面と下側密封部１１ｂの上端面とを密着させており、ピストンロッド１０ｂが長さ方向と交差する方向（貫通孔３ｆの長さ方向）にスライド可能なように、上側密封部１１ａと下側密封部１１ｂとの間に挟み込んでいる。
図８に示す密封部１１は、車体３の貫通孔３ｆを密封する部分である。密封部１１は、貫通孔３ｆから気流Ｆが車内に流入するのを阻止しており、貫通孔３ｆの上縁部に装着された上側密封部１１ａと、貫通孔３ｆの下縁部に装着された下側密封部１１ｂとを備えている。密封部１１は、上側密封部１１ａの下端面と下側密封部１１ｂの上端面とを密着させており、ピストンロッド１０ｂが長さ方向と交差する方向（貫通孔３ｆの長さ方向）にスライド可能なように、上側密封部１１ａと下側密封部１１ｂとの間に挟み込んでいる。
図５及び図６に示す操作部１２は、はく離抑制部６を使用状態及び非使用状態に切り替えるときに操作する部分である。操作部１２は、例えば、はく離抑制部６を図６に示す折畳状態（非使用状態）から図５に示す展開状態（使用状態）に切り替えるときには乗務員にON操作され、はく離抑制部６を展開状態から折畳状態に切り替えるときにはOFF操作される切替スイッチなどである。操作部１２は、車両２の運転室内に設置されており、乗務員のON操作及びOFF操作に応じてON/OFF操作信号を制御部１３に出力する。
制御部１３は、駆動部１０を制御する部分である。制御部１３は、例えば、操作部１２が出力するON操作信号及びOFF操作信号に基づいて駆動部１０を駆動制御する。制御部１３は、操作部１２からON操作信号が入力したときには、図５に示すようにピストンロッド１０ｂが前進して、はく離抑制部６が展開状態になるように流体圧回路１０ｃを動作制御する。一方、制御部１３は、操作部１２からOFF操作信号が入力したときには、図６に示すようにピストンロッド１０ｂが後退して、はく離抑制部６が折畳状態になるように流体圧回路１０ｃを動作制御する。
次に、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の作用を説明する。
図１〜図５に示すように、はく離抑制部６を使用状態にするときには、図５に示す操作部１２を乗務員がON操作すると、操作部１２が出力するON操作信号が制御部１３に入力する。ON操作信号が制御部１３に入力すると、連結部８を回転中心として突出部７が回転するように、制御部１３が流体圧回路１０ｃを動作制御する。その結果、図７に示すソレノイドSOL-aを制御部１３が通電状態にして方向切替弁１０ｆを切り替えるとともに、制御部１３がポンプ１０ｄを駆動させる。このため、タンク１０ｅからヘッド側室Ｓ1に作動流体をポンプ１０ｄが供給し、ロッド側室Ｓ2からタンク１０ｅに作動流体が排出されて、ピストンロッド１０ｂが前進する。その結果、図５に示すように、車体端面３ａの内側から外側に向かって連結部８を回転中心としてはく離抑制部６が略90°回転して、はく離抑制部６が折畳状態から展開状態に切り替わる。この状態で、図７に示すソレノイドSOL-a，SOL-bを制御部１３が非通電状態にして方向切替弁１０ｆを切り替えるとともに、制御部１３がポンプ１０ｄの駆動を停止する。その結果、ヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2への作動流体の供給及び排出が禁止されて、ピストンロッド１０ｂが停止しはく離抑制部６が所定の位置に位置決めされ保持される。
図１〜図５に示すように、はく離抑制部６を使用状態にするときには、図５に示す操作部１２を乗務員がON操作すると、操作部１２が出力するON操作信号が制御部１３に入力する。ON操作信号が制御部１３に入力すると、連結部８を回転中心として突出部７が回転するように、制御部１３が流体圧回路１０ｃを動作制御する。その結果、図７に示すソレノイドSOL-aを制御部１３が通電状態にして方向切替弁１０ｆを切り替えるとともに、制御部１３がポンプ１０ｄを駆動させる。このため、タンク１０ｅからヘッド側室Ｓ1に作動流体をポンプ１０ｄが供給し、ロッド側室Ｓ2からタンク１０ｅに作動流体が排出されて、ピストンロッド１０ｂが前進する。その結果、図５に示すように、車体端面３ａの内側から外側に向かって連結部８を回転中心としてはく離抑制部６が略90°回転して、はく離抑制部６が折畳状態から展開状態に切り替わる。この状態で、図７に示すソレノイドSOL-a，SOL-bを制御部１３が非通電状態にして方向切替弁１０ｆを切り替えるとともに、制御部１３がポンプ１０ｄの駆動を停止する。その結果、ヘッド側室Ｓ1及びロッド側室Ｓ2への作動流体の供給及び排出が禁止されて、ピストンロッド１０ｂが停止しはく離抑制部６が所定の位置に位置決めされ保持される。
例えば、図１〜図５に示すはく離抑制部６が存在しない状態で車両２がＸ軸方向に走行すると、車体端面３ａに衝突した気流Ｆがこの車体端面３ａの側縁部及び上縁部からはく離して、車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部から車両２の進行方向後側（下流側）に離れた位置でこのはく離した気流Ｆが再付着する。このため、車体端面３ａからの気流Ｆのはく離によって車両２の先頭部の見かけの断面積が増加し、トンネルなどの固定構造物内に車両２が突入するときに発生する圧力変動が増大する。
一方、図１〜図５に示すはく離抑制部６が存在する状態で車両２がＸ軸方向に走行すると、図３〜図５に示すようにはく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆがこの先端部ではく離するが、このはく離した気流Ｆが車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導かれてこれらの前端部に再付着する。このため、はく離抑制部６の先端部から車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄに気流Ｆが導かれて、これらの表面に沿って気流Ｆが流れる。また、車体端面３ａに衝突した気流Ｆがはく離抑制部６の内側側面によって止められて、この気流Ｆが車体端面３ａからはく離するのを抑制される。その結果、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが大きくはく離して車両２の先頭部の見かけの断面積が増加するのを抑制し、トンネルなどの固定構造物内に車両２が突入するときに発生する圧力変動が低減される。
図６に示すように、はく離抑制部６を非使用状態にするときには、操作部１２を乗務員がOFF操作すると、操作部１２が出力するOFF操作信号が制御部１３に入力し、制御部１３が流体圧回路１０ｃを動作制御する。その結果、図７に示すソレノイドSOL-bを制御部１３が通電状態にして方向切替弁１０ｆを切り替えるとともに、制御部１３がポンプ１０ｄを駆動させる。このため、タンク１０ｅからロッド側室Ｓ2に作動流体をポンプ１０ｄが供給し、ヘッド側室Ｓ1からタンク１０ｅに作動流体が排出されて、ピストンロッド１０ｂが後退する。その結果、図６に示すように、連結部８を回転中心としてはく離抑制部６が略90°回転して、はく離抑制部６が展開状態から折畳状態に切り替わる。
この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、車両２の車体端面３ａよりも前側で気流Ｆを衝突させこの衝突した気流Ｆをこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部にはく離抑制部６が導くことによって、この車体端面３ａからの気流Ｆのはく離をこのはく離抑制部６が抑制する。このため、車体端面３ａに衝突した気流Ｆが大きくはく離するのを抑制して、車両２の空気抵抗を低減することができるとともに、車両２の先頭部の見かけの断面積が増大するのを抑制して、トンネル微気圧波の発生を低減することができる。また、車体３に作用する繰り返し荷重によって発生する車体構造疲労を低減することができるとともに、気圧変動に起因して車体３内の乗客に発生する耳つん現象を低減することができる。
(1) この第１実施形態では、車両２の車体端面３ａよりも前側で気流Ｆを衝突させこの衝突した気流Ｆをこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部にはく離抑制部６が導くことによって、この車体端面３ａからの気流Ｆのはく離をこのはく離抑制部６が抑制する。このため、車体端面３ａに衝突した気流Ｆが大きくはく離するのを抑制して、車両２の空気抵抗を低減することができるとともに、車両２の先頭部の見かけの断面積が増大するのを抑制して、トンネル微気圧波の発生を低減することができる。また、車体３に作用する繰り返し荷重によって発生する車体構造疲労を低減することができるとともに、気圧変動に起因して車体３内の乗客に発生する耳つん現象を低減することができる。
(2) この第１実施形態では、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に沿ってこの車体端面３ａから突出する突出部７をはく離抑制部６が備えている。このため、突出部７の先端部に気流Ｆを衝突させて、車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部にこの衝突した気流Ｆを突出部７によって簡単に導くことができる。
(3) この第１実施形態では、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部から距離Ｌeだけ内側にはく離抑制部６が配置されている。このため、図１〜図５に示すように、はく離抑制部６と車体側面３ｂ，３ｃとの間に段差部を形成することができるとともに、はく離抑制部６と車体上面３ｄとの間にも段差部を形成することができる。その結果、はく離抑制部６の先端部に衝突してこの先端部からはく離した気流Ｆを車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に再付着させ、この気流Ｆを車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄに導くことができる。
(4) この第１実施形態では、車両２の移動方向（Ｘ軸方向）に幅方向が一致し、この車両２の左右方向（Ｙ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）に厚さ方向が一致する板状部７ａをはく離抑制部６が備えている。このため、簡単な構造のつい立状の部材を車両２の車体端面３ａに装着することによって気流Ｆのはく離を抑制することができる。
(5) この第１実施形態では、はく離抑制部６が車両２側に着脱自在に装着可能である。このため、トンネル区間の少ない線区を車両２が走行するようなときには、はく離抑制部６を簡単に取り外すことができる。また、簡単な改造によって既存の車両２にはく離抑制部６を低コストで容易に追加設置することができる。
(6) この第１実施形態では、はく離抑制部６が車両２側に折畳可能である。このため、車両２の前側に他の車両２が連結されたときに、車両２のはく離抑制部６を折り畳み、後側の車両２のはく離抑制部６と前側の車両２のはく離抑制部６とが互に干渉するのを防ぐことができる。
(7) この第１実施形態では、使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、非使用時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を駆動部１０が駆動する。このため、トンネル区間の少ない線区で車両２を運用する場合や、車両２が中間車両として編成中に組み込まれる場合などには、はく離抑制部６を迅速に折畳状態にして収納しておくことができる。また、トンネル区間の多い線区で車両２を運用する場合や、中間車両として編成中に組み込まれていた車両２が列車の切り離しによって先頭車両となる場合などには、はく離抑制部６を迅速に展開状態にして使用することができる。
(8) この第１実施形態では、作動流体の流体圧によって駆動部１０がはく離抑制部６を駆動する。このため、構造が簡単な流体圧回路や流体圧機構などを利用してはく離抑制部６を容易に駆動することができるとともに、車両２の限られた空間内に駆動部１０を設置することができる。
(9) この第１実施形態では、車両２の運転者が外部を看視するための透過部７ｂをはく離抑制部６が備えている。このため、はく離抑制部６が展開状態及び折畳状態に変更されても、運転室内の乗務員の視界を遮ることがなく、車両２を安全に運転することができる。
（第２実施形態）
図９は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図１０は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。以下では、図１〜図８に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図９及び図１０に示す駆動部１０は、手動操作によってはく離抑制部６を駆動する。駆動部１０は、操作部１０ｇと、連結部１０ｈと、固定部１０ｉなどを備えている。操作部１０ｇは、運転者がはく離抑制部６を開閉するときに操作する部分であり、図９に示すようにはく離抑制部６を開放状態にするときにはＡ1方向に操作され、図１０に示すようにはく離抑制部６を閉鎖状態にするときにはＡ2方向に操作される。連結部１０ｈは、はく離抑制部６と操作部１０ｇとを連結する部材であり、連結部１０ｈの先端部ははく離抑制部６に回転自在に連結されており連結部１０ｈの後端部は操作部１０ｇに連結されている。固定部１０ｉは、はく離抑制部６を固定及び固定解除する部分であり、はく離抑制部６を開放位置と閉鎖位置とに固定する。固定部１０ｉは、操作部１０ｇの外周部に長さ方向に間隔をあけて形成された凹部１０ｊ，１０ｋと、車体３側に固定されており凹部１０ｊ，１０ｋと嵌合する凸部１０ｍなどを備えている。固定部１０ｉは、図９に示すように、はく離抑制部６を開放位置で固定するときには凹部１０ｊと凸部１０ｍとを嵌合させ、図１０に示すようにはく離抑制部６を閉鎖位置で固定するときには凹部１０ｋと凸部１０ｍとを嵌合させる。
図９は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図１０は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。以下では、図１〜図８に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図９及び図１０に示す駆動部１０は、手動操作によってはく離抑制部６を駆動する。駆動部１０は、操作部１０ｇと、連結部１０ｈと、固定部１０ｉなどを備えている。操作部１０ｇは、運転者がはく離抑制部６を開閉するときに操作する部分であり、図９に示すようにはく離抑制部６を開放状態にするときにはＡ1方向に操作され、図１０に示すようにはく離抑制部６を閉鎖状態にするときにはＡ2方向に操作される。連結部１０ｈは、はく離抑制部６と操作部１０ｇとを連結する部材であり、連結部１０ｈの先端部ははく離抑制部６に回転自在に連結されており連結部１０ｈの後端部は操作部１０ｇに連結されている。固定部１０ｉは、はく離抑制部６を固定及び固定解除する部分であり、はく離抑制部６を開放位置と閉鎖位置とに固定する。固定部１０ｉは、操作部１０ｇの外周部に長さ方向に間隔をあけて形成された凹部１０ｊ，１０ｋと、車体３側に固定されており凹部１０ｊ，１０ｋと嵌合する凸部１０ｍなどを備えている。固定部１０ｉは、図９に示すように、はく離抑制部６を開放位置で固定するときには凹部１０ｊと凸部１０ｍとを嵌合させ、図１０に示すようにはく離抑制部６を閉鎖位置で固定するときには凹部１０ｋと凸部１０ｍとを嵌合させる。
この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、手動操作によって駆動部１０がはく離抑制部６を駆動する。このため、運転者の手動操作によって簡単にはく離抑制部６を使用状態と非使用状態とに切り替えることができる。その結果、駆動部１０を簡単な構造にすることができ気流はく離抑制構造５を安価に製造することができる。
この第２実施形態では、手動操作によって駆動部１０がはく離抑制部６を駆動する。このため、運転者の手動操作によって簡単にはく離抑制部６を使用状態と非使用状態とに切り替えることができる。その結果、駆動部１０を簡単な構造にすることができ気流はく離抑制構造５を安価に製造することができる。
（第３実施形態）
図１１は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の風圧低下時の非使用状態を概略的に示す横断面図である。図１２は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の風圧上昇時の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
図１１及び図１２に示す連結部８は、風圧増加時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、風圧低下時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を車両２に回転自在に連結する。連結部８は、車両２の車体端面３ａが受ける風圧に応じてはく離抑制部６を回転させる。連結部８は、図１１に示すように、風圧増加時にははく離抑制部６を車体端面３ａの内側から外側に向かってＢ1方向に回転させ、図１２に示すように風圧低下時にははく離抑制部６を車体端面３ａの外側から内側に向かってＢ2方向に回転させる。
図１１は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の風圧低下時の非使用状態を概略的に示す横断面図である。図１２は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の風圧上昇時の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
図１１及び図１２に示す連結部８は、風圧増加時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、風圧低下時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を車両２に回転自在に連結する。連結部８は、車両２の車体端面３ａが受ける風圧に応じてはく離抑制部６を回転させる。連結部８は、図１１に示すように、風圧増加時にははく離抑制部６を車体端面３ａの内側から外側に向かってＢ1方向に回転させ、図１２に示すように風圧低下時にははく離抑制部６を車体端面３ａの外側から内側に向かってＢ2方向に回転させる。
次に、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の作用を説明する。
例えば、図１１に示すように、車両２がＸ軸方向に走行するとこの車両２の車体端面３ａに気流Ｆが衝突する。この車体端面３ａが受ける風圧が上昇すると、この車体端面３ａに衝突した気流ＦのうちＹ軸方向及びＺ軸方向に向かう気流Ｆがはく離抑制部６と車体端面３ａとの間に流入する。その結果、はく離抑制部６の内側側面の風圧が上昇してはく離抑制部６が連結部８を回転中心としてＢ1方向に回転し、はく離抑制部６が車体端面３ａから突出して開放状態になる。一方、図１２に示すように、車両２の車体端面３ａが受ける風圧が下降すると、この車体端面３ａに衝突した気流ＦのうちＹ軸方向及びＺ軸方向に向かう気流Ｆが減少する。その結果、はく離抑制部６の内側側面の風圧よりもこのはく離抑制部６の外側側面の風圧のほうが高くなり、はく離抑制部６が連結部８を回転中心としてＢ2方向に回転し、はく離抑制部６が車体端面３ａから引き込まれて閉鎖状態になる。
例えば、図１１に示すように、車両２がＸ軸方向に走行するとこの車両２の車体端面３ａに気流Ｆが衝突する。この車体端面３ａが受ける風圧が上昇すると、この車体端面３ａに衝突した気流ＦのうちＹ軸方向及びＺ軸方向に向かう気流Ｆがはく離抑制部６と車体端面３ａとの間に流入する。その結果、はく離抑制部６の内側側面の風圧が上昇してはく離抑制部６が連結部８を回転中心としてＢ1方向に回転し、はく離抑制部６が車体端面３ａから突出して開放状態になる。一方、図１２に示すように、車両２の車体端面３ａが受ける風圧が下降すると、この車体端面３ａに衝突した気流ＦのうちＹ軸方向及びＺ軸方向に向かう気流Ｆが減少する。その結果、はく離抑制部６の内側側面の風圧よりもこのはく離抑制部６の外側側面の風圧のほうが高くなり、はく離抑制部６が連結部８を回転中心としてＢ2方向に回転し、はく離抑制部６が車体端面３ａから引き込まれて閉鎖状態になる。
この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第３実施形態では、風圧増加時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、風圧低下時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を車両２に回転自在に連結部８が連結する。このため、風圧増加時にははく離抑制部６を車体端面３ａから自動的に開き使用状態に簡単に切り替えることができるとともに、風圧低下時にははく離抑制部６を車体端面３ａに自動的に閉じ非使用状態に簡単に切り替えることができる。
(1) この第３実施形態では、風圧増加時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が開き、風圧低下時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が閉じるように、このはく離抑制部６を車両２に回転自在に連結部８が連結する。このため、風圧増加時にははく離抑制部６を車体端面３ａから自動的に開き使用状態に簡単に切り替えることができるとともに、風圧低下時にははく離抑制部６を車体端面３ａに自動的に閉じ非使用状態に簡単に切り替えることができる。
(2) この第３実施形態では、車両２の車体端面３ａが受ける風圧に応じてはく離抑制部６を連結部８が回転させる。このため、簡単な構造によってはく離抑制部６を使用状態と非使用状態とに簡単に切り替えることができる。その結果、はく離抑制部６を駆動するための特別な装置が不要になって、気流はく離抑制構造５を安価に製造することができる。
（第４実施形態）
図１３は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図１４は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図１５は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図１６は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図１７は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図１８は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
図１３は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図１４は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図１５は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図１６は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図１７は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図１８は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。
図１３〜図１８に示す気流はく離抑制構造５は、伸縮作動部１４と、操作部１５と、制御部１６などを備えている。はく離抑制部６は、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に配置されている。はく離抑制部６は、車両２側に圧縮可能であり、図１７に示すように内部の流体圧が増加すると伸び、図１８に示すように内部の流体圧が減少すると縮む。はく離抑制部６は、例えば、可撓性及び弾力性を有し伸縮自在の合成樹脂又はゴムなどによって形成されている。突出部７は、図１３〜図１７に示すように、凸状部７ｃなどを備えており、図１４〜図１７に示すように車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に沿って幅Ｗdで配置されており、図１５〜図１７に示すように車体端面３ａから先端部まで高さＨdだけ突出している。
凸状部７ｃは、気流Ｆの向きを変える部分である。凸状部７ｃは、図１３及び図１５〜図１７に示すように、車両２の側縁部及び上縁部に向かって湾曲しており、図１６及び図１７に示すように水平面で切断したときの断面形状と、図１５に示すように垂直面で切断したときの断面形状とが１／２円である。図１３に示すように、凸状部７ｃの内側側面及び外側側面は、いずれも円弧面に形成されている。凸状部７ｃは、図１３に示すように、底面及び上面が１／２円の柱状体の平坦面を車体端面３ａに接合させるように配置した突起部であり、車体端面３ａの側縁部及び上縁部を囲むようにこれらの側縁部及び上縁部に沿って連続して同一の直径で形成されている。
図１９は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造における伸縮作動部の流体圧回路の回路図である。
伸縮作動部１４は、使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が伸び、非使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が縮むように、このはく離抑制部６を伸縮させる部分である。伸縮作動部１４は、図１９に示すように、流体圧室１４ａと、ポンプ１４ｂと、タンク１４ｃと、方向切替弁１４ｄなどを備えており、はく離抑制部６を流体圧によって伸縮するための流体圧回路を構成している。
伸縮作動部１４は、使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が伸び、非使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が縮むように、このはく離抑制部６を伸縮させる部分である。伸縮作動部１４は、図１９に示すように、流体圧室１４ａと、ポンプ１４ｂと、タンク１４ｃと、方向切替弁１４ｄなどを備えており、はく離抑制部６を流体圧によって伸縮するための流体圧回路を構成している。
流体圧室１４ａは、作動流体が供給及び排出される部分である。流体圧室１４ａは、はく離抑制部６内に収容されており、作動流体が流入及び流出可能な袋体である。流体圧室１４ａは、作動流体が供給されると膨張して車体端面３ａからはく離抑制部６を伸長させ、作動流体が排出されると収縮して車体端面３ａにはく離抑制部６を縮小させる。ポンプ１４ｂは、流体圧室１４ａに作動流体を供給する装置であり、流体圧室１４ａに作動流体を供給する方向と流体圧室１４ａから作動流体を排出する方向とに回転する両方向流れの定容量形ポンプなどである。タンク１４ｃは、流体圧室１４ａに供給及び排出される作動流体を回収する装置である。方向切替弁１４ｄは、はく離抑制部６の伸長、縮小及び停止を切り替える装置である。方向切替弁１４ｄは、右側のソレノイドSOL-aが通電状態になると流路が切り替わり、はく離抑制部６が伸長するようにタンク１４ｃから流体圧室１４ａに作動流体を通過させる。一方、方向切替弁１４ｄは、左側のソレノイドSOL-bが通電状態になると流路が切り替わり、はく離抑制部６が縮小するように流体圧室１４ａからタンク１４ｃに作動流体を通過させる。また、方向切替弁１４ｄは、ソレノイドSOL-a，SOL-bが非通電状態になると流路が切り替わり、はく離抑制部６の膨張及び収縮が停止するように、流体圧室１４ａへの作動流体の供給及び排出を禁止する。
図１７及び図１８に示す操作部１５は、はく離抑制部６を使用状態及び非使用状態に切り替えるときに操作する部分である。操作部１５は、例えば、はく離抑制部６を図１８に示す縮小状態（非使用状態）から図１７に示す伸長状態（使用状態）に切り替えるときには乗務員にON操作され、はく離抑制部６を伸長状態から縮小状態に切り替えるときにはOFF操作される切替スイッチなどである。操作部１５は、車両２の運転室内に設置されており、乗務員のON操作及びOFF操作に応じてON/OFF操作信号を制御部１６に出力する。
制御部１６は、伸縮作動部１４を制御する部分である。制御部１６は、例えば、操作部１５が出力するON操作信号及びOFF操作信号に基づいて伸縮作動部１４を動作制御する。制御部１６は、操作部１５からON操作信号が入力したときには、図１７に示すようにはく離抑制部６が伸長状態になるように伸縮作動部１４を動作制御する。一方、制御部１６は、操作部１５からOFF操作信号が入力したときには、図１８に示すようにはく離抑制部６が縮小状態になるように伸縮作動部１４を動作制御する。
次に、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の作用を説明する。
図１３〜図１７に示すように、はく離抑制部６を使用状態にするときには、図１７に示す操作部１５を乗務員がON操作すると、操作部１５が出力するON操作信号が制御部１６に入力する。ON操作信号が制御部１６に入力すると、車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が伸長するように、制御部１６が伸縮作動部１４を動作制御する。その結果、図１９に示すソレノイドSOL-aを制御部１６が通電状態にして方向切替弁１４ｄを切り替えるとともに、制御部１６がポンプ１４ｂを正転させる。このため、タンク１４ｃから流体圧室１４ａに作動流体をポンプ１４ｂが供給して流体圧室１４ａが膨張し、図１７に示すように、車体端面３ａからはく離抑制部６が突出して、はく離抑制部６が縮小状態から伸長状態に切り替わる。この状態で、図１９に示すソレノイドSOL-a，SOL-bを制御部１６が非通電状態にして方向切替弁１４ｄを切り替えるとともに、制御部１６がポンプ１４ｂの駆動を停止する。その結果、流体圧室１４ａへの作動流体の供給及び排出が禁止されてこの流体圧室１４ａの膨張が停止し、はく離抑制部６が所定の突出量だけ突出した状態で保持される。
図１３〜図１７に示すように、はく離抑制部６を使用状態にするときには、図１７に示す操作部１５を乗務員がON操作すると、操作部１５が出力するON操作信号が制御部１６に入力する。ON操作信号が制御部１６に入力すると、車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が伸長するように、制御部１６が伸縮作動部１４を動作制御する。その結果、図１９に示すソレノイドSOL-aを制御部１６が通電状態にして方向切替弁１４ｄを切り替えるとともに、制御部１６がポンプ１４ｂを正転させる。このため、タンク１４ｃから流体圧室１４ａに作動流体をポンプ１４ｂが供給して流体圧室１４ａが膨張し、図１７に示すように、車体端面３ａからはく離抑制部６が突出して、はく離抑制部６が縮小状態から伸長状態に切り替わる。この状態で、図１９に示すソレノイドSOL-a，SOL-bを制御部１６が非通電状態にして方向切替弁１４ｄを切り替えるとともに、制御部１６がポンプ１４ｂの駆動を停止する。その結果、流体圧室１４ａへの作動流体の供給及び排出が禁止されてこの流体圧室１４ａの膨張が停止し、はく離抑制部６が所定の突出量だけ突出した状態で保持される。
図１５〜図１７に示すように、はく離抑制部６に気流Ｆが衝突すると、この衝突した気流Ｆがこのはく離抑制部６の外側湾曲面に沿って車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部に導かれる。このため、はく離抑制部６の先端部から車体側面３ｂ，３ｃ及び車体上面３ｄに気流Ｆが導かれて、これらの表面に沿って気流Ｆが流れる。また、車体端面３ａに衝突した気流Ｆがはく離抑制部６の内側湾曲面によって止められて、この気流Ｆが車体端面３ａからはく離するのを抑制される。その結果、はく離抑制部６の先端部に衝突した気流Ｆが大きくはく離して車両２の先頭部の見かけの断面積が増加するのを抑制し、トンネルなどの固定構造物内に車両２が突入するときに発生する圧力変動が低減される。
図１８に示すように、はく離抑制部６を非使用状態にするときには、操作部１５を乗務員がOFF操作すると、操作部１５が出力するOFF操作信号が制御部１６に入力し、制御部１６が伸縮作動部１４を動作制御する。その結果、図１９に示すソレノイドSOL-bを制御部１６が通電状態にして方向切替弁１４ｄを切り替えるとともに、制御部１６がポンプ１４ｂを逆転させる。このため、流体圧室１４ａからタンク１４ｃに作動流体が排出されて流体圧室１４ａが収縮し、図１８に示すようにはく離抑制部６が伸長状態から縮小状態に切り替わる。
この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態〜第３実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第４実施形態では、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に向かって湾曲する凸状部７ｃをはく離抑制部６が備えている。このため、凸状部７ｃの先端部に気流Ｆを衝突させて、車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部にこの衝突した気流Ｆを凸状部７ｃによって簡単に導くことができる。
(1) この第４実施形態では、車両２の車体端面３ａの側縁部及び上縁部に向かって湾曲する凸状部７ｃをはく離抑制部６が備えている。このため、凸状部７ｃの先端部に気流Ｆを衝突させて、車体側面３ｂ，３ｃの前端部及び車体上面３ｄの前端部にこの衝突した気流Ｆを凸状部７ｃによって簡単に導くことができる。
(2) この第４実施形態では、水平面及び垂直面で切断したときのはく離抑制部６の断面形状が１／２円である。このため、製造が容易で簡単な形状にはく離抑制部６を形成して気流Ｆのはく離を抑制することができる。
(3) この第４実施形態では、はく離抑制部６が車両２側に圧縮可能である。このため、車両２の前側に他の車両２が連結されたときに、車両２のはく離抑制部６を圧縮し、後側の車両２のはく離抑制部６と前側の車両２のはく離抑制部６とが互に干渉するのを防ぐことができる。
(4) この第４実施形態では、使用時には車両２の車体端面３ａからはく離抑制部６が伸び、非使用時には車両２の車体端面３ａにはく離抑制部６が縮むように、このはく離抑制部６を伸縮作動部１４が伸縮させる。このため、トンネル区間の少ない線区で車両２を運用する場合や、車両２が中間車両として編成中に組み込まれる場合などには、はく離抑制部６を迅速に縮小状態にして格納することができる。また、トンネル区間の多い線区で車両２を運用する場合や、中間車両として編成中に組み込まれていた車両２が列車の切り離しによって先頭車両となる場合などには、はく離抑制部６を迅速に伸長状態にして使用することができる。
(5) この第４実施形態では、作動流体の流体圧によって伸縮作動部１４がはく離抑制部６を伸縮させる。このため、構造が簡単な流体圧回路や流体圧機構などを利用してはく離抑制部６を容易に駆動することができるとともに、車両２の限られた空間内に伸縮作動部１４を設置することができる。
（第５実施形態）
図２０は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図２１は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図２２は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図２３は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図２４は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図２５は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。図２６は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造における伸縮作動部の流体圧回路の回路図である。
図２０は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図２１は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図２２は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す縦断面図である。図２３は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す横断面図である。図２４は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の使用状態を概略的に示す横断面図である。図２５は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の非使用状態を概略的に示す横断面図である。図２６は、この発明の第５実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造における伸縮作動部の流体圧回路の回路図である。
図２０〜図２６に示す凸状部７ｃは、図２３及び図２４に示すように、水平面で切断したときの断面形状と、図２２に示すように垂直面で切断したときの断面形状とが１／４円であり、車両２の側縁部及び上縁部に向かって湾曲している。図２０に示すように、凸状部７ｃの外側側面は円弧面に形成されており、凸状部７ｃの内側側面は車両２の車体端面３ａに対して垂直な平坦面に形成されている。凸状部７ｃは、図１３に示すように、底面及び上面が１／４円の柱状体の平坦面を車体端面３ａに接合させるように配置した突起部であり、車体端面３ａの側縁部及び上縁部を囲むようにこれらの側縁部及び上縁部に沿って連続して同一の半径で形成されている。この第５実施形態には、第１実施形態〜第４実施形態と同様の効果がある。
次に、この発明の実施例について説明する。
図２７は、空気抵抗測定試験に使用した風洞試験装置の構成図であり、図２７（Ａ）は側面図であり、図２７（Ｂ）は平面図であり、図２７（Ｃ）は図２７（Ｂ）のXVIII-XVIIIC線で切断した状態を示す断面図である。図２８は、空気抵抗の測定に使用した模型車両の外観図であり、図２８（Ａ）正面図であり、図２８（Ｂ）は平面図であり、図２８（Ｃ）は側面図である。なお、図２７及び図２８に示す数値の単位はmmである。
図２７は、空気抵抗測定試験に使用した風洞試験装置の構成図であり、図２７（Ａ）は側面図であり、図２７（Ｂ）は平面図であり、図２７（Ｃ）は図２７（Ｂ）のXVIII-XVIIIC線で切断した状態を示す断面図である。図２８は、空気抵抗の測定に使用した模型車両の外観図であり、図２８（Ａ）正面図であり、図２８（Ｂ）は平面図であり、図２８（Ｃ）は側面図である。なお、図２７及び図２８に示す数値の単位はmmである。
（風洞試験装置）
図２７に示す風洞試験装置２０は、模型車両３０に空気を流したときにこの空気の流れによって生ずるこの模型車両３０の挙動を測定する装置であり、模型車両３０に作用する空気抵抗を測定する。風洞試験装置２０は、空気を吹き出すノズル（吹出口）２０ａと、このノズル２０ａからの空気を模型車両３０に流す風洞測定部２０ｂと、床面上の昇降台に設置される地面板２０ｃと、この地面板２０ｃ上に模型車両３０を支持する支柱２０ｄと、風洞測定部２０ｂからの空気を吸い込む図示しない吸込部（コレクタ）などを備えている。この実験では、風洞測定部２０ｂが開放型である財団法人鉄道総合技術研究所のＨ棟小型風洞（開放型）を使用した。地面板２０ｃは、長さ1490mm×幅790mmの合板製であり、幅720mm×高さ600mmのノズル２０ａの底面とこの地面板２０ｃの表面とが一致するように設置した。模型車両３０は、断面が翼型形状の４本の支柱２０ｄを利用して地面板２０ｃに固定した。図２７（Ａ）に示すように、ノズル２０ａの先端から車両先頭部３０ｂまでの距離は150mm、地面板２０ｃの表面から模型車両３０の底面までの距離は62mm（実物のレール底面から車両底面までの距離に相当）であり、実験風速Ｕ=40m/sに設定した。模型車両３０の幅Ｗ=140mmを代表長さとしたレイノルズ数Ｒe=3.7×105（Ｒe=ＵＷ／ν=40×0.14/(1.5×10-5)、空気の動粘性係数ν）である。図２７（Ａ）（Ｂ）に示すように、座標系は、車両先頭部３０ｂの上端の幅方向の中心点を原点として、レール方向（流れ方向）をＸ軸、まくらぎ方向をＹ軸、これらの右手座標系で鉛直上方をＺ軸として設定した。
図２７に示す風洞試験装置２０は、模型車両３０に空気を流したときにこの空気の流れによって生ずるこの模型車両３０の挙動を測定する装置であり、模型車両３０に作用する空気抵抗を測定する。風洞試験装置２０は、空気を吹き出すノズル（吹出口）２０ａと、このノズル２０ａからの空気を模型車両３０に流す風洞測定部２０ｂと、床面上の昇降台に設置される地面板２０ｃと、この地面板２０ｃ上に模型車両３０を支持する支柱２０ｄと、風洞測定部２０ｂからの空気を吸い込む図示しない吸込部（コレクタ）などを備えている。この実験では、風洞測定部２０ｂが開放型である財団法人鉄道総合技術研究所のＨ棟小型風洞（開放型）を使用した。地面板２０ｃは、長さ1490mm×幅790mmの合板製であり、幅720mm×高さ600mmのノズル２０ａの底面とこの地面板２０ｃの表面とが一致するように設置した。模型車両３０は、断面が翼型形状の４本の支柱２０ｄを利用して地面板２０ｃに固定した。図２７（Ａ）に示すように、ノズル２０ａの先端から車両先頭部３０ｂまでの距離は150mm、地面板２０ｃの表面から模型車両３０の底面までの距離は62mm（実物のレール底面から車両底面までの距離に相当）であり、実験風速Ｕ=40m/sに設定した。模型車両３０の幅Ｗ=140mmを代表長さとしたレイノルズ数Ｒe=3.7×105（Ｒe=ＵＷ／ν=40×0.14/(1.5×10-5)、空気の動粘性係数ν）である。図２７（Ａ）（Ｂ）に示すように、座標系は、車両先頭部３０ｂの上端の幅方向の中心点を原点として、レール方向（流れ方向）をＸ軸、まくらぎ方向をＹ軸、これらの右手座標系で鉛直上方をＺ軸として設定した。
（模型車両）
図２７及び図２８に示す模型車両３０は、実際の鉄道車両を模擬（縮小）した車両であり、図２７（Ｃ）に示すように車両本体部３０ａと、この車両本体部３０ａに着脱自在に装着される車両先頭部３０ｂと、車両本体部３０ａと車両先頭部３０ｂとの間の間隙部を塞ぐ塞ぎ部材３０ｃとを備えている。模型車両３０は、201系電車を参考に製作された20分の１縮尺模型である。模型車両３０は、図２８（Ａ）に示すように、車両断面が矩形であって、屋根面が完全にフラットな板であり、側面と屋根面が接続する部分が角である。模型車両３０は、４本の支柱２０ｄを除き、床下機器類は一切無くフラットである。模型車両３０は、１両であり、図２７（Ｃ）に示すように車両先端部からＸ軸方向に95mmの車両先頭部３０ｂが車両本体部３０ａから取り外し可能であり独立した構造である。塞ぎ部材３０ｃは、車両本体部３０ａと車両先頭部３０ｂとの間の約2mmのクリアランスに流れが入り込まないように、このクリアランスを塞ぐビニルであり、車両先頭部３０ｂに作用する力が車両本体部３０ａに伝わらないように僅かに弛みを持たせている。
図２７及び図２８に示す模型車両３０は、実際の鉄道車両を模擬（縮小）した車両であり、図２７（Ｃ）に示すように車両本体部３０ａと、この車両本体部３０ａに着脱自在に装着される車両先頭部３０ｂと、車両本体部３０ａと車両先頭部３０ｂとの間の間隙部を塞ぐ塞ぎ部材３０ｃとを備えている。模型車両３０は、201系電車を参考に製作された20分の１縮尺模型である。模型車両３０は、図２８（Ａ）に示すように、車両断面が矩形であって、屋根面が完全にフラットな板であり、側面と屋根面が接続する部分が角である。模型車両３０は、４本の支柱２０ｄを除き、床下機器類は一切無くフラットである。模型車両３０は、１両であり、図２７（Ｃ）に示すように車両先端部からＸ軸方向に95mmの車両先頭部３０ｂが車両本体部３０ａから取り外し可能であり独立した構造である。塞ぎ部材３０ｃは、車両本体部３０ａと車両先頭部３０ｂとの間の約2mmのクリアランスに流れが入り込まないように、このクリアランスを塞ぐビニルであり、車両先頭部３０ｂに作用する力が車両本体部３０ａに伝わらないように僅かに弛みを持たせている。
（空気抵抗測定装置）
図２７（Ｃ）に示す空気抵抗測定装置４０は、車両先頭部３０ｂに作用する空気抵抗を測定する装置であり、この車両先頭部３０ｂを固定した状態で車両本体部３０ａに設置されている。空気抵抗測定装置４０は、車両本体部３０ａ内に設置されたロードセル（昭和測器社製：DP-100N）であり、車両先頭部３０ｂのみに作用する空気抵抗を測定する。この実験では、ロードセルの出力をアンプ（共和電業製：DPM601B）で増幅し、30Hzのローパスフィルターを適用して、A/D変換器（ナショナルインスツルメンツ社製：DAQ-Pad6020E）を介してパーソナルコンピュータ（PC）に取り込んだ。サンプリング周波数は100Hzであり、１回の収録で500個（5秒間）のデータを収録し、測定した空気抵抗ＦDから空気抵抗係数ＣDを算出した。ここで、空気抵抗係数ＣD=ＦD/(0.5ρＵ2Ａ車両)であり、空気抵抗ＦD(N)、空気密度ρ(kg/m3)、模型車両３０の投影断面積Ａ車両=0.140×0.133=0.0187(m2)である。
図２７（Ｃ）に示す空気抵抗測定装置４０は、車両先頭部３０ｂに作用する空気抵抗を測定する装置であり、この車両先頭部３０ｂを固定した状態で車両本体部３０ａに設置されている。空気抵抗測定装置４０は、車両本体部３０ａ内に設置されたロードセル（昭和測器社製：DP-100N）であり、車両先頭部３０ｂのみに作用する空気抵抗を測定する。この実験では、ロードセルの出力をアンプ（共和電業製：DPM601B）で増幅し、30Hzのローパスフィルターを適用して、A/D変換器（ナショナルインスツルメンツ社製：DAQ-Pad6020E）を介してパーソナルコンピュータ（PC）に取り込んだ。サンプリング周波数は100Hzであり、１回の収録で500個（5秒間）のデータを収録し、測定した空気抵抗ＦDから空気抵抗係数ＣDを算出した。ここで、空気抵抗係数ＣD=ＦD/(0.5ρＵ2Ａ車両)であり、空気抵抗ＦD(N)、空気密度ρ(kg/m3)、模型車両３０の投影断面積Ａ車両=0.140×0.133=0.0187(m2)である。
（先頭部形状）
図２９は、空気抵抗測定試験に使用した模型車両の車両先頭部の形状がつい立形である場合の外観図であり、図２９（Ａ）正面図であり、図２９（Ｂ）は平面図であり、図２９（Ｃ）は側面図である。
図２９に示す突起物４１は、つい立形であり、図２９に示すｅは車両先頭部３０ｂの側面及び上面からつい立の側面及び上面までの距離であり、ｆは車両先頭部３０ｂの前面から突起物４１の先端面までの高さである。図２９に示すつい立形の突起物４１については、三種類（ｅ,ｆ)=(5.8,10.0),(8.7,15.0),(11.6,20.0)(mm)作製した。そして、(ｅ,ｆ)= (11.6,20.0)（つい立１）を試験番号（以下、試番という）１とし、(ｅ,ｆ)= (8.7,15.0)（つい立２）を試番３とし、(ｅ,ｆ)=(5.8,10.0)（つい立３）を試番４とした。なお、車両先頭部３０ｂに突起物４１を取り付けていないものを試番２とした。試番１〜４は、図１〜図４に示す第１実施形態のはく離抑制部６に対応する。
図２９は、空気抵抗測定試験に使用した模型車両の車両先頭部の形状がつい立形である場合の外観図であり、図２９（Ａ）正面図であり、図２９（Ｂ）は平面図であり、図２９（Ｃ）は側面図である。
図２９に示す突起物４１は、つい立形であり、図２９に示すｅは車両先頭部３０ｂの側面及び上面からつい立の側面及び上面までの距離であり、ｆは車両先頭部３０ｂの前面から突起物４１の先端面までの高さである。図２９に示すつい立形の突起物４１については、三種類（ｅ,ｆ)=(5.8,10.0),(8.7,15.0),(11.6,20.0)(mm)作製した。そして、(ｅ,ｆ)= (11.6,20.0)（つい立１）を試験番号（以下、試番という）１とし、(ｅ,ｆ)= (8.7,15.0)（つい立２）を試番３とし、(ｅ,ｆ)=(5.8,10.0)（つい立３）を試番４とした。なお、車両先頭部３０ｂに突起物４１を取り付けていないものを試番２とした。試番１〜４は、図１〜図４に示す第１実施形態のはく離抑制部６に対応する。
図３０は、空気抵抗測定試験に使用した模型車両の車両先頭部の形状が1/2円又は1/4円である場合の外観図であり、図３０（Ａ）正面図であり、図３０（Ｂ）は1/2円の場合の平面図であり、図３０（Ｃ）は1/4円の場合の平面図であり、図３０（Ｄ）は側面図である。
図３０に示す突起物４１は、1/2円又は1/4円である。図３０に示すＷは車体幅140mmであり、ｄは1/2円の場合には直径であり、1/4円の場合には半径である。図３０に示す1/2円又は1/4円の突起物４１については、ｄ=0.1Ｗ=14mmの場合とｄ=0.15Ｗ=21mmの場合とをそれぞれ二種類作製した。そして、ｄ=0.15Ｗ=21mmの1/2円（半円Ｈ１）を試番５とし、ｄ=0.15Ｗ=21mmの1/4円（半円Ｑ１）を試番６とし、ｄ=0.1Ｗ=14mmの1/2円（半円Ｈ３）を試番７とし、ｄ=0.1Ｗ=14mmの1/4円（半円Ｑ２）を試番８とした。試番５，７は、図１３〜図１６に示す第４実施形態のはく離抑制部６に対応し、試番６，８は図２０〜図２３に示す第５実施形態に対応する。
図３０に示す突起物４１は、1/2円又は1/4円である。図３０に示すＷは車体幅140mmであり、ｄは1/2円の場合には直径であり、1/4円の場合には半径である。図３０に示す1/2円又は1/4円の突起物４１については、ｄ=0.1Ｗ=14mmの場合とｄ=0.15Ｗ=21mmの場合とをそれぞれ二種類作製した。そして、ｄ=0.15Ｗ=21mmの1/2円（半円Ｈ１）を試番５とし、ｄ=0.15Ｗ=21mmの1/4円（半円Ｑ１）を試番６とし、ｄ=0.1Ｗ=14mmの1/2円（半円Ｈ３）を試番７とし、ｄ=0.1Ｗ=14mmの1/4円（半円Ｑ２）を試番８とした。試番５，７は、図１３〜図１６に示す第４実施形態のはく離抑制部６に対応し、試番６，８は図２０〜図２３に示す第５実施形態に対応する。
（タフト法による可視化）
試番１〜試番８の突起物４１を車両先頭部３０ｂに取り付けて、図２７に示す風洞試験装置２０に模型車両３０を設置し空気抵抗測定試験を実施した。先ず、模型車両３０の周りの流れの様子を調べるため、図２７及び図２８に示すようにタフト法による可視化を実施した。ここで、タフト法とは、物体表面の流れの様子を糸や毛糸などを用いて観察し、流れの方向、はく離域及び不安定域などを可視化したものである。図２７及び図２８に示すタフト４２は、綿糸#40であり、車体表面（屋根面及び側面）に粘着テープ（幅12mm）で貼り付けた。テープの幅を除いた有効タフト長は15mmである。図２８に示すように、Ｘ軸方向には車両先頭部３０ｂの先端から22mmの位置に１列目を貼り付け、30mmピッチで19列設置した。また、Ｙ軸方向には、屋根面及び側面にそれぞれ２行分を貼り付けた。なお、側面の先頭部先端から３列目までは、フィン固定用支柱の取付け位置を避けるため１行分のみを貼り付けた。この実験では、タフト４２の動きに応じて「はく離」、「はく離無し」の各領域を次のように定義した。「はく離」領域は、タフト４２が流れと逆方向を向いている領域とし、「はく離無し」領域はタフト４２が流れ方向（順方向）を向いている領域とした。流れは、「はく離」と「はく離無し」の間で「再付着」する。なお、全タフト４２が順方向の場合であっても、タフト４２が設置されていない車両先頭部３０ｂの端部近傍で微小なはく離領域が存在する場合や３次元はく離の場合には、必ずしもはく離領域で逆流しているとは限らない場合が考えられる。しかし、この実験では、そのようなはく離領域は捉えることは困難なことから考慮せず、タフト４２が順方向の場合は「はく離無し」とした。
試番１〜試番８の突起物４１を車両先頭部３０ｂに取り付けて、図２７に示す風洞試験装置２０に模型車両３０を設置し空気抵抗測定試験を実施した。先ず、模型車両３０の周りの流れの様子を調べるため、図２７及び図２８に示すようにタフト法による可視化を実施した。ここで、タフト法とは、物体表面の流れの様子を糸や毛糸などを用いて観察し、流れの方向、はく離域及び不安定域などを可視化したものである。図２７及び図２８に示すタフト４２は、綿糸#40であり、車体表面（屋根面及び側面）に粘着テープ（幅12mm）で貼り付けた。テープの幅を除いた有効タフト長は15mmである。図２８に示すように、Ｘ軸方向には車両先頭部３０ｂの先端から22mmの位置に１列目を貼り付け、30mmピッチで19列設置した。また、Ｙ軸方向には、屋根面及び側面にそれぞれ２行分を貼り付けた。なお、側面の先頭部先端から３列目までは、フィン固定用支柱の取付け位置を避けるため１行分のみを貼り付けた。この実験では、タフト４２の動きに応じて「はく離」、「はく離無し」の各領域を次のように定義した。「はく離」領域は、タフト４２が流れと逆方向を向いている領域とし、「はく離無し」領域はタフト４２が流れ方向（順方向）を向いている領域とした。流れは、「はく離」と「はく離無し」の間で「再付着」する。なお、全タフト４２が順方向の場合であっても、タフト４２が設置されていない車両先頭部３０ｂの端部近傍で微小なはく離領域が存在する場合や３次元はく離の場合には、必ずしもはく離領域で逆流しているとは限らない場合が考えられる。しかし、この実験では、そのようなはく離領域は捉えることは困難なことから考慮せず、タフト４２が順方向の場合は「はく離無し」とした。
（実験結果）
図３１は、模型車両の車両先頭部の形状毎の空気抵抗係数ＣD及び再付着を示すタフト番号を示すグラフである。
図３１に示す左側の縦軸は、空気抵抗係数ＣDであり、右側の縦軸が再付着を示す（上面）タフト番号であり、横軸は試番である。表１は、空気抵抗係数ＣD及び再付着を示すタフト位置の実験結果を示す一覧表である。
図３１は、模型車両の車両先頭部の形状毎の空気抵抗係数ＣD及び再付着を示すタフト番号を示すグラフである。
図３１に示す左側の縦軸は、空気抵抗係数ＣDであり、右側の縦軸が再付着を示す（上面）タフト番号であり、横軸は試番である。表１は、空気抵抗係数ＣD及び再付着を示すタフト位置の実験結果を示す一覧表である。
ここで、図３１及び表１に示す試番２は、車両先頭部３０ｂが角柱形状であり、つい立などが設置されていない。図３１及び表１に示すように、空気抵抗係数ＣDは、0.3〜0.8程度の範囲に分布しており、空気抵抗係数ＣDが最大値をとる先頭部形状は、「上辺側辺ともに角」(試番２)であり、空気抵抗係数ＣD=0.82である。また、試番２は、上辺及び側辺のいずれについても車両先頭部３０ｂの先端の角部から流れが大きくはく離しており、図２７に示すタフト４２の８列目（1.66Ｗ）付近で再付着している。このため、試番２は、流れが大きくはく離していることが原因により、他の試番よりも空気抵抗係数ＣDが大きな値を示している。「つい立」形状(試番１，３，４)では、空気抵抗係数ＣD=0.50〜0.76であり、「半円」形状(試番５〜８)では空気抵抗係数ＣD=0.44〜0.66に分布しており、いずれの形状についても「上辺側辺ともに角」形状(試番２)に比べて空気抵抗係数Ｃdが小さな値を示している。このため、流れのはく離抑制に効果がある模型車両３０の先頭部形状は、つい立又は半円を設置したときの試番１，３〜８であることが確認された。その結果、「つい立」形状(試番１，３，４)の場合には、図２９に示すｅが5.8〜11.6mm（実物換算で116〜232mm）であり、ｆが10.0〜20.0mm（実物換算200〜400mm）であるときにははく離を抑えられることが確認された。また、「半円」形状(試番５〜８)の場合には、図３０に示すｄが14〜21mm（実物換算280〜420mm）であるときにははく離を抑えられることが確認された。
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、移動体が鉄道車両である場合を例に挙げて説明したが、自動車などの他の移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、はく離抑制部６を車体端面３ａの両側及び上側に配置した場合を例に挙げて説明したが、これらのいずれか一方を省略したり、はく離抑制部６を車体端面３ａの下側に配置したり、はく離抑制部６を左右いずれか一方の側縁部に配置したりすることもできる。さらに、この実施形態では、はく離抑制部６の突出部７が板状部７ａ又は凸状部７ｃを備える場合を例に挙げて説明したが、これらを任意に組み合わせることもできる。例えば、車体端面３ａの両側に板状部７ａを備える突出部７を配置し、車体端面３ａの上側に凸状部７ｃを備える突出部７を配置することもできる。この場合には、車両限界が車体側面３ｂ，３ｃ側よりも車体上面３ｄ側のほうが広いため、車体上面３ｄ側の突出部７の形状を大きくすることができる。同様に、車体端面３ａの両側及び上側の突出部７の一部が板状部７ａを備え、残部が凸状部７ｃを備えるような構造にすることもできる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、移動体が鉄道車両である場合を例に挙げて説明したが、自動車などの他の移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、はく離抑制部６を車体端面３ａの両側及び上側に配置した場合を例に挙げて説明したが、これらのいずれか一方を省略したり、はく離抑制部６を車体端面３ａの下側に配置したり、はく離抑制部６を左右いずれか一方の側縁部に配置したりすることもできる。さらに、この実施形態では、はく離抑制部６の突出部７が板状部７ａ又は凸状部７ｃを備える場合を例に挙げて説明したが、これらを任意に組み合わせることもできる。例えば、車体端面３ａの両側に板状部７ａを備える突出部７を配置し、車体端面３ａの上側に凸状部７ｃを備える突出部７を配置することもできる。この場合には、車両限界が車体側面３ｂ，３ｃ側よりも車体上面３ｄ側のほうが広いため、車体上面３ｄ側の突出部７の形状を大きくすることができる。同様に、車体端面３ａの両側及び上側の突出部７の一部が板状部７ａを備え、残部が凸状部７ｃを備えるような構造にすることもできる。
(2) この実施形態では、車体３の先頭部の形状が切妻形状である場合を例に挙げて説明したが、先頭部の形状が流線型の場合や車体端面の縁部に丸みを形成した場合などについてもこの発明を適用することができる。また、この第１実施形態〜第３実施形態では、使用時には車体端面３ａの内側から外側にはく離抑制部６を開き、非使用時には車体端面３ａの外側から内側にはく離抑制部６を閉じる場合を例に挙げて説明したが、使用時には車体端面３ａの外側から内側にはく離抑制部６を開き、非使用時には車体端面３ａの内側から外側にはく離抑制部６を閉じることもできる。さらに、この第１実施形態〜第３実施形態では、はく離抑制部６の一部が透過部７ｂを備える場合を例に挙げて説明したが、はく離抑制部６の全部を透明又は半透明にすることもできる。
(3) この第１実施形態〜第３実施形態では、駆動部１０が油圧シリンダ又は空気圧シリンダである場合を例に挙げて説明したが、駆動部１０として電動モータなどを使用することもできる。また、この第４実施形態及び第５実施形態では、伸縮作動部１４が油圧又は空気圧を利用して流体圧室１４ａを伸縮する場合を例に挙げて説明したが、電動モータ又は手動操作によって流体圧室１４ａを伸縮することもできる。さらに、この第１実施形態〜第５実施形態では、車両２の前側に他の車両２が連結されたときには、はく離抑制部６を車両２側に折畳又は圧縮する場合を例に挙げて説明したが、はく離抑制部６を柔軟な弾性体によって形成し、前側の車両２のはく離抑制部６の先端部と後側の車両２のはく離抑制部６の先端部とを突き合せて密着させることもできる。
(4) この第４実施形態及び第５実施形態では、凸状部７ｃの断面形状が１／２円又は１／４円である場合を例に挙げて説明したが、これらの形状以外の部分円又は部分楕円についてもこの発明を適用することができる。また、この第４実施形態及び第５実施形態では、車両２側にはく離抑制部６を装着する場合を例に挙げて説明したが、このはく離抑制部６を車両２側に着脱自在に装着することもできる。この場合には、はく離抑制部６側の流体圧室１４ａと車両２側の方向切替弁１４ｄとを接続する管路の間に継手部を挿入し、この継手部によって着脱自在にすることができる。さらに、この第４実施形態及び第５実施形態では、はく離抑制部６に透過部７ｂを省略した場合を例に挙げて説明したが、このはく離抑制部６の一部又は全部を透明又は半透明にすることもできる。この場合には、はく離抑制部６内の流体圧室１４ａも透明又は半透明にして流体圧室１４ａを空気圧によって伸縮することによって、運転者の視界を確保することができる。
１ 軌道
２ 車両（移動体）
３ 車体
３ａ 車体端面（前面）
３ｂ，３ｃ 車体側面（側面）
３ｄ 車体上面（上面）
４ 台車
４ａ 車輪
５ 気流はく離抑制構造
６ はく離抑制部
７ 突出部
７ａ 板状部
７ｂ 透過部
７ｃ 凸状部
８，９ 連結部
１０ 駆動部
１０ａ シリンダ部
１０ｂ ピストンロッド
１０ｃ 流体圧回路
１１ 密封部
１２ 操作部
１３ 制御部
１４ 伸縮作動部
１４ａ 流体圧室
１４ｂ ポンプ
１５ 操作部
１６ 制御部
２０ 風洞試験装置
３０ 模型車両
３０ａ 車両本体部
３０ｂ 車両先頭部
４０ 空気抵抗測定装置
４１ 突起物
４３Ａ，４３Ｂ ルーバー
Ｆ 気流
Ｌe 距離（所定距離）
Ｌf 高さ
Ｗd 幅
Ｈd 高さ
Ｘ 移動方向
Ｙ 左右方向
Ｚ 上下方向
２ 車両（移動体）
３ 車体
３ａ 車体端面（前面）
３ｂ，３ｃ 車体側面（側面）
３ｄ 車体上面（上面）
４ 台車
４ａ 車輪
５ 気流はく離抑制構造
６ はく離抑制部
７ 突出部
７ａ 板状部
７ｂ 透過部
７ｃ 凸状部
８，９ 連結部
１０ 駆動部
１０ａ シリンダ部
１０ｂ ピストンロッド
１０ｃ 流体圧回路
１１ 密封部
１２ 操作部
１３ 制御部
１４ 伸縮作動部
１４ａ 流体圧室
１４ｂ ポンプ
１５ 操作部
１６ 制御部
２０ 風洞試験装置
３０ 模型車両
３０ａ 車両本体部
３０ｂ 車両先頭部
４０ 空気抵抗測定装置
４１ 突起物
４３Ａ，４３Ｂ ルーバー
Ｆ 気流
Ｌe 距離（所定距離）
Ｌf 高さ
Ｗd 幅
Ｈd 高さ
Ｘ 移動方向
Ｙ 左右方向
Ｚ 上下方向
Claims (25)
- 移動体が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、
前記移動体の前面よりも前側で気流を衝突させこの衝突した気流をこの移動体の側面前端部に導くことによって、この移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制するはく離抑制部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部に沿ってこの前面から突出する突出部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部から所定距離だけ内側に配置されていること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の移動方向に幅方向が一致し、前記移動体の左右方向に厚さ方向が一致する板状部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の側縁部に配置されていること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項５に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の側縁部に向かって湾曲する凸状部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、水平面で切断したときの断面形状が１／２円又は１／４円であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 移動体が移動するときにこの移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、
前記移動体の前面よりも前側で気流を衝突させこの衝突した気流をこの移動体の上面前端部に導くことによって、この移動体の先頭部からの気流のはく離を抑制するはく離抑制部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項８に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部に沿ってこの前面から突出する突出部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項８又は請求項９に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部から所定距離だけ内側に配置されていること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１０に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の移動方向に幅方向が一致し、前記移動体の上下方向に厚さ方向が一致する板状部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１０又は請求項１１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の前面の上縁部に配置されていること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の上縁部に向かって湾曲する凸状部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、垂直面で切断したときの断面形状が１／２円又は１／４円であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体側に着脱自在に装着可能であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体側に折畳可能であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
使用時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が開き、非使用時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が閉じるように、このはく離抑制部を駆動する駆動部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１７に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記駆動部は、作動流体の流体圧によって前記はく離抑制部を駆動すること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１７に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記駆動部は、手動操作によって前記はく離抑制部を駆動すること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１６に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
風圧増加時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が開き、風圧低下時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が閉じるように、このはく離抑制部を前記移動体に回転自在に連結する連結部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項２０に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記連結部は、前記移動体の前面が受ける風圧に応じて前記はく離抑制部を回転させること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体側に圧縮可能であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項２２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
使用時には前記移動体の前面から前記はく離抑制部が伸び、非使用時には前記移動体の前面に前記はく離抑制部が縮むように、このはく離抑制部を伸縮させる伸縮作動部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項２３に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記伸縮作動部は、作動流体の流体圧によって前記はく離抑制部を伸縮させること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。 - 請求項１から請求項２４までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体の運転者が外部を看視するための透過部を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
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| JP2009077410A JP2010228559A (ja) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | 移動体の気流はく離抑制構造 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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- 2009-03-26 JP JP2009077410A patent/JP2010228559A/ja active Pending
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