JP2011208999A

JP2011208999A - 車両水槽試験装置

Info

Publication number: JP2011208999A
Application number: JP2010074925A
Authority: JP
Inventors: Fumitoshi Ochi; 文俊越智; Takuya Omori; 拓也大森
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2011-10-20
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP5668309B2

Abstract

【課題】オープンな空間で軌道に沿って走行する車両の試験のみならず、トンネル内などを走行する車両の試験も行うことができ、且つ、車両模型の接地力を調整することにより車両自体の運動を正確に再現し得る車両水槽試験装置を提供する。
【解決手段】水槽３内の水中に配設された軌道ベース４と、軌道ベース４に設置された軌道模型５と、軌道模型５に沿って水槽３内の水中を走行可能な車両模型６と、車両模型６の前端部に接続された曳引索７と、曳引索７を引くことにより車両模型６を軌道模型５に沿って走行させる駆動手段８とを備えた車両水槽試験装置において、車両模型６の接地力を調整するために、軌道ベース４及び車両模型６の内少なくとも一方に磁石２９、３０を配設する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両模型を水槽内の水中で走行させ、車両模型に作用する力や車両模型の運動などを計測する車両水槽試験装置に関する。

鉄道車両（車両）は、走行中に空気からの流体力学的な作用により、抵抗を受けたり、振動を起こしたりすることがある。鉄道車両の性能向上のためには、空気抵抗を少なくしたり、振動を抑制するための形状開発が重要になる。鉄道車両の形状、走行条件に対する流体力学的な作用を把握するため、風洞試験などが行われる。

しかし、風洞試験では、鉄道車両の走行条件のレイノルズ数を合わせるために実機（実際の鉄道車両など）と同じ大きさ或いは実機の半分程度の大きさのスケールモデル（縮尺模型）で試験をする必要があるため、大型の風洞設備が必要となり試験が比較的高額になる。

また、風洞試験では、床面に境界層が発達して、軌道上を走る実機と異なる試験条件になることが知られている。この境界層の影響を排除するために、例えば自動車の計測などでは、ムービングベルトを装備した風洞設備で試験をすることがある。しかしながら、軌道をも再現しようとすると、ムービングベルトによる方法でも試験が困難である。

これらの課題を解決する方法として、例えば特許文献１、２などに記載されている水槽を用いた試験方法がある。水槽を用いた試験方法では、水と空気との動粘性係数の差を利用して比較的大きな縮小率の縮尺模型でもレイノルズ数を実機と合わせることが可能であり、軌道模型上を走る車両模型を曳引して流体力を車両模型に作用させるため、ムービングベルトなどを使う必要がない優れた試験方法である。

特許第３０５１３３２号公報特開平６−２４１９４９号公報

しかし、特許文献１、２などに記載されている試験方法では、車両模型が吊り下げ治具を介して曳引車に結合されているため、車両自体の運動を再現することができない。つまり、吊り下げ治具により車両模型の運動が制限され得るため、車両自体の運動を正確に再現することが困難である。

また、特許文献１、２などに記載されている試験方法では、オープンな空間で車両が軌道に沿って走行するような状態の試験を行うことはできるが、トンネル内などを車両が走行するような状態の試験を行う場合には、吊り下げ治具がトンネル模型の天井を貫通する必要があり、適用が困難である。つまり、吊り下げ治具がトンネル模型の天井を貫通した状態では、吊り下げ治具或いはトンネル模型の貫通部分がトンネル模型内の水の流れに影響を与え得るため、トンネル内を走行する車両自体の運動を正確に再現することが困難である。

また、特許文献１、２などに記載されている試験方法を含む従来の水槽を用いた試験方法では、車両の運動について、車両模型の接地力を考慮しておらず、車両自体の運動を正確に再現できない可能性がある。

そこで、本発明の目的は、オープンな空間で軌道に沿って走行する車両の試験のみならず、トンネル内などを走行する車両の試験も行うことができ、且つ、車両模型の接地力を調整することにより車両自体の運動を正確に再現し得る車両水槽試験装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、水槽内の水中に配設された軌道ベースと、該軌道ベースに設置された軌道模型と、該軌道模型に沿って前記水槽内の水中を走行可能な車両模型と、該車両模型の前端部に接続された曳引索と、該曳引索を引くことにより前記車両模型を前記軌道模型に沿って走行させる駆動手段とを備えた車両水槽試験装置において、前記車両模型の接地力を調整するために、前記軌道ベース及び前記車両模型の内少なくとも一方に磁石を配設したものである。

前記磁石は、永久磁石或いは電磁石であっても良い。

前記車両模型は、車輪を有する低床部と、該低床部に緩衝器を介して連結された外形部とを有していても良い。

前記軌道ベースに設置されたトンネル模型を更に備えても良い。

本発明によれば、オープンな空間で軌道に沿って走行する車両の試験のみならず、トンネル内などを走行する車両の試験も行うことができ、且つ、車両模型の接地力を調整することにより車両自体の運動を正確に再現し得る車両水槽試験装置を提供することができるという優れた効果を奏する。

図１（Ａ）は、本発明の第一実施形態に係る車両水槽試験装置の概略を示す側面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図２は、本発明の第二実施形態に係る車両水槽試験装置の概略を示す側面図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

まず、第一実施形態について図１を用いて説明する。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置（車両水槽試験装置）１は、水を貯留する水槽３と、水槽３内の水中に設けられた軌道ベース４と、軌道ベース４に設置された軌道模型５と、軌道模型５に沿って水槽３内の水中を走行可能な鉄道車両模型（車両模型）６と、鉄道車両模型６に接続された曳引索７と、曳引索７を引くことにより鉄道車両模型６を軌道模型５に沿って走行させる駆動手段８とを備えている。また、本実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置１は、軌道ベース４に設置されたトンネル模型９を更に備えている。なお、図１中、符号１０は水面を示す。

本実施形態の軌道ベース４は、平面視で略矩形の板状に形成されている。また、本実施形態の軌道ベース４は、水槽３の側壁１１間に架け渡された基部（図示せず）に支持部材１２を介して吊り下げられて、水面１０より下方の水槽３内の水中に配設されている。

本実施形態の軌道模型５は、実際の鉄道車両（車両）が走行する軌道（レール）を模したものであって、実際の鉄道車両が走行する軌道を所定縮尺で縮小した模型である。本実施形態では、軌道模型５は、軌道ベース４の上面に設置されている。

本実施形態の鉄道車両模型６は、実際の鉄道車両を模したものであって、実際の鉄道車両を所定縮尺で縮小した模型である。図１（Ｂ）に示すように、本実施形態の鉄道車両模型６は、軌道模型５上を走行する低床部１３と、低床部１３上にロードセル（荷重計）１４及びショックアブソーバ（緩衝器）１５を介して連結された外形部１６とから構成されている。低床部１３は、計測機器（コンピュータなど）１７を搭載するベース部１８と、ベース部１８の下部に設けられた軸受部１９と、軸受部１９に回転可能に支持された車軸２０と、車軸２０の両端に固定された車輪２１とを有している。外形部１６は、少なくとも低床部１３のベース部１８を覆うような形状とされている。ショックアブソーバ（緩衝器）１５には、例えばバネなどを用いる弾性体緩衝器、油圧緩衝器、空圧緩衝器を用いることができる。

本実施形態では、鉄道車両模型６の外形部１６に、Ｇセンサ（加速度計）或いは圧力センサ２２を複数装着している。また、鉄道車両模型６の低床部１３と外形部１６との間のロードセル１４、外形部１６に装着されたＧセンサ或いは圧力センサ２２は、低床部１３に搭載された計測機器１７にケーブル２３、２４を介して電気的に接続されており、ロードセル１４、Ｇセンサ或いは圧力センサ２２の計測値は、ケーブル２３、２４を通じて計測機器１７に送信されるようになっている。

鉄道車両模型６の低床部１３と外形部１６との間に設けられたショックアブソーバ１５により外形部１６の運動を許容する構造の鉄道車両模型６になり、鉄道車両模型６の外形部１６にＧセンサ或いは圧力センサ２２を装着することで、Ｇセンサ或いは圧力センサ２２を用いて鉄道車両模型６（外形部１６）の運動を計測することが可能となる。

図１（Ａ）に示すように、本実施形態では、鉄道車両模型６は複数（図示例では、三両）連結されており、それら複数連結された鉄道車両模型６の内、先頭の鉄道車両模型６（外形部１６）の前端部と、最後尾の鉄道車両模型６（外形部１６）の後端部とに曳引索７が夫々接続されている。また、曳引索７は、支持部材１２の長手方向に間隔を隔てて複数（図示例では、二つ）回転可能に装着されたプーリ２５に架け渡されている。

本実施形態の駆動手段８は、水槽３の側壁１１間に架け渡された曳引車軌道２６に沿って走行可能な曳引車２７を有している。曳引車軌道２６は、軌道模型５と平行に配設されている。本実施形態では、曳引索７は、ロードセル２８を介して曳引車２７に接続されている。図示はしないが、ロードセル２８の計測機器（コンピュータなど）は曳引車２７に搭載されている。曳引索７と曳引車２７とをロードセル２８で接続することで、ロードセル２８を用いて鉄道車両模型６に作用する外力を計測することが可能となる。

本実施形態のトンネル模型９は、実際の鉄道車両が走行するトンネル（内部構造）を模したものであって、実際の鉄道車両が走行するトンネル（内部構造）を所定縮尺で縮小した模型である。本実施形態では、トンネル模型９は、軌道模型５の大半（半分より多くの部分）を覆うように軌道ベース４の上面に配置されている。なお、トンネル模型９は、軌道模型５の一部分（例えば、半分より少ない部分）を覆うように軌道ベース４の上面に配置されていても良い。

また、本実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置１においては、鉄道車両模型６の接地力を調整するために、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に磁石２９、３０を夫々配設している。磁石２９、３０としては、永久磁石（例えば、ネオジム磁石など）或いは電磁石を用いることができる。軌道ベース４に配設した磁石２９と、鉄道車両模型６に配設した磁石３０とは、互いに異極（図示例では、磁石２９がＮ極、磁石３０がＳ極）で対向するように設定されている（図１（Ｂ）参照）。

本実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置１（鉄道車両水槽試験方法）では、磁石２９、３０として永久磁石を用いる場合、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に配設する永久磁石の数量を増減させ、或いは、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に配設する永久磁石の位置を変更することで、鉄道車両模型６の接地力を調整することが考えられる。また、磁石２９、３０として電磁石を用いる場合、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に配設した電磁石に流す電流の大きさを増減させることで、鉄道車両模型６の接地力を調整することが考えられる。

なお、図示例では、鉄道車両模型６の外形部１６に磁石３０を配設しているが、鉄道車両模型６の低床部１３に磁石３０を配設しても良い。また、計測機器１７、ロードセル１４、Ｇセンサ或いは圧力センサ２２、ケーブル２３、２４などは、磁石（永久磁石或いは電磁石）２９、３０の磁力の影響を受けないように、磁気シールド（図示せず）などによって磁気的に保護することが好ましい。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置１では、曳引車２７を曳引車軌道２６上を走行させて曳引車２７によって先頭の鉄道車両模型６の前端部に接続した曳引索７を引くことにより、鉄道車両模型６が軌道模型５に沿って水槽３内の水中を走行するようになっている。そして、最後尾の鉄道車両模型６の後端部と曳引車２７とを曳引索７で繋いでいるので、最後尾の鉄道車両模型６の後端部に接続した曳引索７にて鉄道車両模型６を減速させることができ、鉄道車両模型６の走行速度を安定させることができる。

本実施形態によれば、水槽３内の水中に配設された軌道ベース４と、軌道ベース４に設置された軌道模型５と、軌道模型５に沿って水槽３内の水中を走行可能な鉄道車両模型６と、鉄道車両模型６の前端部に接続された曳引索７と、曳引索７を引くことにより鉄道車両模型６を軌道模型５に沿って走行させる駆動手段８（曳引車２７）とを備えて鉄道車両水槽試験装置１を構成しているので、鉄道車両模型６は走行中の流体力の作用を受けて運動可能になる。更に、鉄道車両模型６の前端部に接続された曳引索７で鉄道車両模型６を曳引するため、オープンな空間で軌道に沿って走行する車両の試験のみならず、トンネル内などを走行する車両の試験も可能となる。

また、本実施形態によれば、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に磁石２９、３０を配設しているので、軌道模型５への鉄道車両模型６の設置については、鉄道車両模型６の接地力と水の比重との比を実機（実際の鉄道車両）の接地力と空気の比重との比に合わせるため、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に接地された磁石２９、３０にて鉄道車両模型６の接地力を調節することができる。従って、鉄道車両模型６の接地力と水の比重との比を実機の接地力と空気の比重との比に水中でも容易に合わせることができ、車両自体の運動を正確に再現することが可能となる。

また、本実施形態によれば、磁石２９、３０は、永久磁石或いは電磁石であるので、永久磁石の場合には永久磁石の数量及び位置を変更し、電磁石の場合には電磁石に流す電流の大きさを変更することにより、鉄道車両模型６の接地力を容易に調整することが可能となる。

また、本実施形態によれば、鉄道車両模型６は、車輪２１を有する低床部１３と、低床部１３に緩衝器（ショックアブソーバ）１５を介して連結された外形部１６とを有しているので、鉄道車両模型６の低床部１３と外形部１６との間に設けられたショックアブソーバ１５により外形部１６の運動を許容する構造の鉄道車両模型６になり、更に、鉄道車両模型６の外形部１６にＧセンサ或いは圧力センサ２２を装着することで、鉄道車両模型６（外形部１６）の運動を計測することが可能となる。

また、本実施形態によれば、軌道ベース４に設置されたトンネル模型９を備えて鉄道車両水槽試験装置１を構成しているので、鉄道車両模型６にトンネル模型９内を走行させることにより、トンネル内を走行する車両の試験が可能となる。

次に、第二実施形態について図２を用いて説明する。なお、図１に示した第一実施形態と同様の構成要素については同一の符号を付してその説明を省略する。

図２に示すように、第二実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置２においては、軌道模型５と鉄道車両模型６とは天地が逆になっている。つまり、第二実施形態に係る鉄道車両水槽試験装置２においては、軌道模型５及びトンネル模型９は、軌道ベース４の下面に設置されており、鉄道車両模型６は車輪２１が上方に向くようにして軌道模型５に配置されている。軌道模型５と鉄道車両模型６とで天地を逆にした場合、鉄道車両模型６を浮力が比較的大きい材料（例えば、ウレタン樹脂など）から構成することが考えられる。また、鉄道車両模型６の接地力は、軌道ベース４及び鉄道車両模型６に配設した磁石２９、３０にて調整することが可能である。

第二実施形態によれば、上記第一実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、上記実施形態においては、軌道ベース４及び鉄道車両模型６の両方に磁石２９、３０を配設するとしたが、軌道ベース４及び鉄道車両模型６の内一方に磁石２９、３０を配設し、他方には磁性体材料からなる磁性部材（図示せず）を配設したり、他方を鉄などの磁性体材料で作成するようにしても良い。また、ショックアブソーバ（緩衝器）１５を省略し、外形部１６を低床部１５に直接連結してもよい。

また、上記実施形態においては、曳引索７は鉄道車両模型６の前端部（鉄道車両模型６が複数連結される場合は、先頭の鉄道車両模型６の前端部）及び鉄道車両模型６の後端部（鉄道車両模型６が複数連結される場合は、最後尾の鉄道車両模型６の後端部）に夫々接続されるとしたが、曳引索７は鉄道車両模型６の前端部（鉄道車両模型６が複数連結される場合は、先頭の鉄道車両模型６の前端部）にのみ接続されていても良い。

また、上記実施形態においては、曳引索７を曳引車２７に連結して曳引車２７の走行によって曳引索７を引くとしたが、曳引索７を引く方法はこれには限定はされない。例えば、曳引索７をモータ（図示せず）に連結してモータにより曳引索７を巻き取ることによって、曳引索７を引く方法などが考えられる。即ち、駆動手段８は、曳引車２７に代えて、モータを有していても良い。

１、２鉄道車両水槽試験装置（車両水槽試験装置）
３水槽
４軌道ベース
５軌道模型
６鉄道車両模型（車両模型）
７曳引索
８駆動手段
９トンネル模型
１３低床部
１５ショックアブソーバ（緩衝器）
１６外形部
２１車輪
２９、３０磁石

Claims

水槽内の水中に配設された軌道ベースと、該軌道ベースに設置された軌道模型と、該軌道模型に沿って前記水槽内の水中を走行可能な車両模型と、該車両模型の前端部に接続された曳引索と、該曳引索を引くことにより前記車両模型を前記軌道模型に沿って走行させる駆動手段とを備えた車両水槽試験装置において、前記車両模型の接地力を調整するために、前記軌道ベース及び前記車両模型の内少なくとも一方に磁石を配設したことを特徴とする車両水槽試験装置。
前記磁石は、永久磁石或いは電磁石である請求項１に記載の車両水槽試験装置。
前記車両模型は、車輪を有する低床部と、該低床部に緩衝器を介して連結された外形部とを有する請求項１又は２に記載の車両水槽試験装置。
前記軌道ベースに設置されたトンネル模型を更に備えた請求項１から３のいずれかに記載の車両水槽試験装置。