JP2010281682A

JP2010281682A - 高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法および装置

Info

Publication number: JP2010281682A
Application number: JP2009135183A
Authority: JP
Inventors: Takashi Fukuda; 傑福田
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP5356119B2

Abstract

【課題】実際の列車と相似な三次元形状の列車模型を用いることにより、列車模型の回転を抑えて、より模型実験の精度向上を図ることができる、高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法および装置を提供する。
【解決手段】高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、軸対称列車模型用の回転車輪５Ａを有する発射装置５を有し、ピアノ線１によってガイドされる、矩形部１３と軸対称部１４とが形成された列車模型２を前記発射装置５によって高速で発射させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法および装置に関するものであり、特に、その模型列車の改良に関するものである。

従来、列車がトンネル入口に突入すると、トンネル内には圧力波が発生し、この圧力波はトンネル内をほぼ音速で伝播する。そして、この圧力波がトンネル出口に到達すると、外部へパルス状の圧力波が放射され、低周波音として観測される。

これらの高速列車の空気力学的現象の解明、性能評価のためには、実験装置を用いた模型実験が有効な手段の一つと考えられる（下記特許文献１〜３参照）。

特許第３７３９６４２号公報特許第３６４２４２３号公報特開２００６−４４６０９号公報特許第３６８６５６１号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３の模型実験においては、軸対称形状（円形断面）の列車模型が用いられている。このように列車模型が軸対称形状（円形断面）である場合、車両周りの三次元的な流れや、車両床下の流れの圧力波への影響を模擬できないという問題がある。

この問題を解決して模型実験の精度を向上させるためには、実際の列車と相似な三次元形状の列車模型を用いることが必要である。

しかし、上記した特許文献４の発射装置により断面が矩形の三次元形状列車模型を発射させると、列車模型に軸を中心とした回転力が生じて列車模型が回転してしまう。

本発明は、上記状況に鑑みて、実際の列車と相似な三次元形状の列車模型を用いることにより、列車模型の回転を抑えて、より模型実験の精度向上を図ることができる、高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法および装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、軸対称列車模型用の回転車輪を有する発射装置を有し、ピアノ線によってガイドされる、矩形部と軸対称部とが形成された列車模型を前記発射装置によって高速で発射させることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記列車模型の前記矩形部が前記発射装置の前記回転車輪に挟み込まれることにより、前記列車模型の水平を保ち前記列車模型の回転を防止することを特徴とする。

〔３〕上記〔２〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記発射装置の前記回転車輪はゴム付き発射輪であり、このゴム付発射輪のゴムには前記列車模型の前記軸対称部の外周面に接触する断面凹部が形成され、前記発射装置による前記列車模型の発射時に、前記断面凹部の両端部に形成される隆起部に前記列車模型の前記矩形部の四隅部が当接するように配置することを特徴とする。

〔４〕上記〔２〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記列車模型の前記矩形部と前記軸対称部との境界における段差は、前記発射装置の前記ゴム付き発射輪の外周にほぼ合致する曲率半径を有するようにしたことを特徴とする。

〔５〕高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、軸対称列車模型用の回転車輪を有する発射装置と、この発射装置によって発射され、ピアノ線によってガイドされる、矩形部と軸対称部とが形成された列車模型とを具備することを特徴とする。

〔６〕上記〔５〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記列車模型の前記矩形部が前記発射装置の前記回転車輪に挟み込まれることにより、前記列車模型の水平を保ち前記列車模型の回転を防止するようにしたことを特徴とする。

〔７〕上記〔６〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記発射装置の前記回転車輪はゴム付き発射輪であり、このゴム付き発射輪には前記列車模型の前記軸対称部の外周面に接触する断面凹部が形成され、前記発射装置による前記列車模型の発射時に、前記断面凹部の両端部に形成される隆起部に前記列車模型の前記矩形部の四隅部が当接するように配置することを特徴とする。

〔８〕上記〔６〕記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記列車模型の前記矩形部と前記軸対称部との境界における段差は、前記発射装置の前記ゴム付き発射輪の外周にほぼ合致する曲率半径を有するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、列車模型の形状を工夫した三次元列車模型とすることにより、従来の軸対称列車模型用の発射装置を用いて高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験を行うことができる。そのため、模型実験装置のコストを抑えると共に模型実験の精度の向上を図ることができる、データ生産性の高い模型実験方法および装置を得ることができる。

また、ゴム付き車輪を有する発射装置は、従来の発射装置を用いることができるため、模型実験装置のコストを抑えることができる。

本発明の実施例を示す高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置の概略構成図である。図１の模型実験装置における列車模型の形状を示す図である。図１の模型実験装置におけるゴム付発射輪と列車模型の正面図である。

本発明の模型実験方法は、軸対称列車模型用の回転車輪を有する発射装置を有し、ピアノ線によってガイドされる、矩形部と軸対称部とが形成された列車模型を前記発射装置によって高速で発射させる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置の概略構成図、図２は図１の模型実験装置における列車模型の形状を示す図であり、図２（ａ）はその列車模型の側面図、図２（ｂ）はその列車模型の正面図、図３は図１の模型実験装置におけるゴム付発射輪と列車模型の正面図である。

これらの図において、１はピアノ線（例えば、直径５ｍｍ）、２はピアノ線１をガイドして発射される、矩形部（ほぼ矩形の断面を有する）１３と軸対称部（円形断面を有する）１４とが形成された列車模型（構造の詳細は後述）、３は第１の固定部、４は第２の固定部であり、ピアノ線１は第１の固定部３と第２の固定部４との間に張られている。また、ピアノ線１に沿って第１の固定部３側から順に、回転車輪（ゴム付き発射輪）５Ａを有する発射装置５、発射された列車模型２の速度を測るための速度センサ６、発射された列車模型２が突入するトンネル模型７およびトンネル模型７を通過した列車模型２を止めるための制動装置９が配置されている。さらに、トンネル模型７には圧力計８が配置されている。

本発明の模型実験装置の列車模型２は、図２に示すように、矩形部（例えば、長さＬ₁は４００ｍｍ）１３と、この矩形部１３に接続される軸対称部（例えば、長さＬ₂は６００ｍｍ）１４とを備えている。矩形部１３は、流線形の先端部１１Ａを有する傾斜面１１を含む断面が矩形状の先頭部１２を有している。また、１５は矩形部１３と軸対称部１４との境界における段差部であり、実験装置の長手方向断面で見たときに発射装置５の回転車輪５Ａの外周にほぼ合致する曲率半径を有している。この列車模型２の長手方向中心部には、列車模型２をガイドするピアノ線１を通すための孔１６が形成されている。

ここで、矩形部１３と軸対称部１４からなる列車模型２の長さを、例えば１０００ｍｍ（Ｌ₁：４００ｍｍ＋Ｌ₂：６００ｍｍ）としたのは、列車模型２の全長が発射装置５の隣り合う回転車輪５Ａの間（Ｌ₃：１３００ｍｍ）に位置することができるように構成するためである。回転車輪５Ａの回転速度は、次第に回転数が高くなるように駆動されるため、ピアノ線１に沿って配置される各回転車輪５Ａの回転速度は異なっており、列車模型２の発射装置５からの出射部に近づくにつれその回転速度は大きくなっている。列車模型２は隣り合う回転車輪５Ａに跨がることなく配置されているので、１対の回転車輪５Ａにより発射され、ピアノ線１に沿って配置された各回転車輪５Ａを通過することで次第に速度が高められ、最終的に発射装置５から高速で発射することができる。

また、図３に示すように、列車模型２の軸対称部１４は、回転車輪５Ａ上に配置されるゴム１７の凹部１７Ａに接触するように形成され、列車模型２の矩形部１３の四隅部１３Ａは、回転車輪５Ａ上に配置されるゴム１７の突起部１７Ｂに接触するように形成されている。

このように、列車模型２に矩形部１３を設けることによって、図３に示すように、矩形部１３の四隅部１３Ａが回転車輪５Ａ上に配置されるゴム１７の突起部１７Ｂに挟み込まれ、従来の特許文献４に開示されているような軸対称列車模型用の発射装置を用いても、列車模型２の水平が保たれその回転を防止することが可能になる。

また、軸対称部１４が発射装置５の回転車輪５Ａと広い面積で接することにより、列車模型２と回転車輪５Ａの間の滑りを抑え、列車模型２を高速で発射させることが可能になる。

さらに、列車模型２を実際の列車と相似な三次元形状とすることで、軸対称形状（円形断面）の列車模型を使用した場合に比べて模型実験の精度の向上を図ることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法および装置は、列車模型の形状を実際の列車の形状により近づけて、模型実験の精度向上を図り得るトンネル圧力波の模型実験方法および装置として利用可能である。

１ピアノ線
２列車模型
３第１の固定部
４第２の固定部
５発射装置
５Ａ回転車輪（ゴム付き発射輪）
６速度センサ
７トンネル模型
８圧力計
９制動装置
１１傾斜面
１１Ａ流線形の先端部
１２先頭部
１３矩形部
１３Ａ列車模型の矩形部の四隅部
１４軸対称部
１５矩形部と軸対称部との境界における段差部
１６孔
１７ゴム
１７Ａゴムの凹部
１７Ｂゴムの突起部

Claims

軸対称列車模型用の回転車輪を有する発射装置を有し、ピアノ線によってガイドされる、矩形部と軸対称部とが形成された列車模型を前記発射装置によって高速で発射させることを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法。
請求項１記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記列車模型の前記矩形部が前記発射装置の前記回転車輪に挟み込まれることにより、前記列車模型の水平を保ち前記列車模型の回転を防止することを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法。
請求項２記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記発射装置の前記回転車輪はゴム付き発射輪であり、該ゴム付発射輪のゴムには前記列車模型の前記軸対称部の外周面に接触する断面凹部が形成され、前記発射装置による前記列車模型の発射時に、前記断面凹部の両端部に形成される隆起部に前記列車模型の前記矩形部の四隅部が当接するように配置することを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法。
請求項２記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法において、前記列車模型の前記矩形部と前記軸対称部との境界における段差は、前記発射装置の前記ゴム付き発射輪の外周にほぼ合致する曲率半径を有するようにしたことを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法。
（ａ）軸対称列車模型用の回転車輪を有する発射装置と、
（ｂ）該発射装置によって発射され、ピアノ線によってガイドされる、矩形部と軸対称部とが形成された列車模型とを具備することを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置。
請求項５記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記列車模型の前記矩形部が前記発射装置の前記回転車輪に挟み込まれることにより、前記列車模型の水平を保ち前記列車模型の回転を防止するようにしたことを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置。
請求項６記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記発射装置の前記回転車輪はゴム付き発射輪であり、該ゴム付き発射輪には前記列車模型の前記軸対称部の外周面に接触する断面凹部が形成され、前記発射装置による前記列車模型の発射時に、前記断面凹部の両端部に形成される隆起部に前記列車模型の前記矩形部の四隅部が当接するように配置することを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置。
請求項６記載の高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置において、前記列車模型の前記矩形部と前記軸対称部との境界における段差は、前記発射装置の前記ゴム付き発射輪の外周にほぼ合致する曲率半径を有するようにしたことを特徴とする高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験装置。