JP2012130115A - Pantograph - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空中に架設されたトロリ線から鉄道車両に電気を供給するための集電装置（パンタグラフ）に関する。特には、パンタグラフから発生する空力騒音を低下させるための改良を加えたパンタグラフに関する。 The present invention relates to a current collector (pantograph) for supplying electricity to a railway vehicle from a trolley wire installed in the air. In particular, the present invention relates to a pantograph that has been improved to reduce aerodynamic noise generated from the pantograph.
パンタグラフにおいては、空力音の低減と揚力変動の抑制との両立が要求されている。前者の空力音低減は、空力音をある一定の騒音レベル以下に抑えて、沿線環境保全の観点から定められた環境基準に適合させることを要する。この空力音低減対策として、パンタグラフの舟体の断面形状を、楕円形あるいは翼形などの流線形に近い形状とすることが有利とされている。 In pantographs, it is required to achieve both reduction of aerodynamic noise and suppression of lift fluctuations. The former aerodynamic sound reduction requires that the aerodynamic sound be kept below a certain noise level and conform to environmental standards determined from the viewpoint of environmental protection along the railway. As a measure for reducing the aerodynamic noise, it is advantageous to make the cross-sectional shape of the pantograph boat body close to a streamline shape such as an ellipse or an airfoil.
後者の揚力変動抑制は、パンタグラフに作用する揚力をできるだけ一定にして、安定した集電性能を維持するものである。揚力変動が大きいと、架線からパンタグラフが離線する可能性が高まる。揚力変動を抑制するためには、舟体の断面形状を、矩形のような鈍頭形状とすることが有利とされている。
このように、舟体の形状において上記の二つの要求を同時に満たすことは容易ではない。現状では、揚力変動を抑えることが優先されて、断面形状が鈍頭形状のパンタグラフも多用されている。
The latter suppression of lift fluctuation is to maintain the stable current collecting performance by keeping the lift acting on the pantograph as constant as possible. When the lift fluctuation is large, the possibility of the pantograph separating from the overhead line increases. In order to suppress the lift fluctuation, it is advantageous to make the cross-sectional shape of the boat body a blunt shape such as a rectangle.
Thus, it is not easy to satisfy the above two requirements simultaneously in the shape of the hull. At present, priority is given to suppressing fluctuations in lift, and a pantograph having a blunt cross-sectional shape is also frequently used.
パンタグラフから発生する空力音は、パンタグラフの周囲の空気の流れの乱れに起因する渦の加速度運動によって発生するものである。現行の、断面形状が鈍頭形状の舟体の場合は、流れが舟体の上下両面において剥離することで形成された剥離せん断層が、舟体後方において不安定になり、カルマン渦に代表される非定常渦が生成されて空力音が発生する。したがって、空力音低減には、流れの剥離を抑制する必要がある。しかし、物体形状を流線形化して剥離を抑制すると揚力が迎角変化に対して敏感となるため、安定した揚力特性を維持することが難しくなる。 The aerodynamic sound generated from the pantograph is generated by the vortex acceleration motion caused by the disturbance of the air flow around the pantograph. In the case of a current hull with a blunt cross-sectional shape, the peeling shear layer formed by the flow peeling on both the upper and lower sides of the hull becomes unstable at the rear of the hull and is represented by Karman vortices. An unsteady vortex is generated and aerodynamic sound is generated. Therefore, in order to reduce aerodynamic noise, it is necessary to suppress flow separation. However, if the object shape is streamlined to suppress separation, the lift becomes sensitive to changes in the angle of attack, making it difficult to maintain stable lift characteristics.
そこで、鈍頭形状のパンタグラフにおいて、舟体の表面で流れを能動的に制御し、舟体の後方に発生する剥離せん断層をコントロールできれば、揚力が迎角変化に対して敏感になることを防ぎつつ空力音を低減することができると考えられる。なお、本発明者は、断面形状が流線形の舟体において、舟体の前縁部に空気吸吐口を設け、空気吸吐口から空気を吹き出す、あるいは空気を吸い込むことによって、舟体の前縁部の空気流を制御し、空力中心を上下に移動させたパンタグラフを提案した（特許文献１参照）。 Therefore, in a blunt-shaped pantograph, if the flow is actively controlled on the surface of the hull and the peeling shear layer generated at the rear of the hull can be controlled, the lift is prevented from becoming sensitive to changes in the angle of attack. It is thought that the aerodynamic sound can be reduced. In addition, the present inventor provides a front edge of the hull by providing an air suction port at the front edge of the hull and blowing air from the air suction port or sucking air in a streamlined boat hull. The pantograph which controlled the air flow of the part and moved the aerodynamic center up and down was proposed (refer to patent documents 1).
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、パンタグラフ舟体の表面で流れを能動的に制御して舟体の後方に発生する剥離せん断層をコントロールすることで、空力音低減などに資することのできるパンタグラフを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and by controlling the peeling shear layer generated behind the hull by actively controlling the flow on the surface of the pantograph hull, the aerodynamic sound is reduced. The purpose is to provide a pantograph that can contribute to the above.
本発明のパンタグラフは、 すり板を介してトロリ線に押し付けられる舟体を備えるパンタグラフであって、 該舟体の本体に形成された、空気を吸引吐出する空気吸吐口と、 前記本体内に配置された、前記空気吸吐口を通じて、空気の吸引と吐出を交互に繰り返す空気吸吐デバイスと、 を備えることを特徴とする。 The pantograph of the present invention is a pantograph comprising a boat body that is pressed against a trolley wire through a slip plate, and is formed in the main body of the boat body, and is disposed in the main body. And an air suction / discharge device that alternately repeats the suction and discharge of air through the air suction / discharge port.
本発明によれば、舟体の空気吸吐口から空気を吸引及び吐出することで、舟体の周囲の空気流に擾乱を与える。これにより、空力音を低減できる、あるいは、揚力特性をコントロールできる。 According to the present invention, air is sucked and discharged from the air inlet / outlet of the hull, thereby disturbing the air flow around the hull. Thereby, aerodynamic sound can be reduced or lift characteristics can be controlled.
本発明においては、 空気吸引量の時系列的平均値と空気吐出量の時系列的平均値とが等しいこと、すなわち、質量流量がゼロであること、が好ましい。 In the present invention, it is preferable that the time-series average value of the air suction amount and the time-series average value of the air discharge amount are equal, that is, the mass flow rate is zero.
空気を吸引及び吐出するデバイスを使用することにより、空気吸引量の時系列的平均値と空気吐出量の時系列的平均値とを等しく（質量流量をゼロ）できる。このため、吸引のみ、あるいは、吐出のみのデバイスを比べて、外部から空気を供給する必要がないため、装置を簡略化できる。また、吸引のみ、あるいは、吐出のみの場合よりも、擾乱を効率的に与えることができる。 By using a device that sucks and discharges air, the time-series average value of the air suction amount and the time-series average value of the air discharge amount can be made equal (the mass flow rate is zero). For this reason, it is not necessary to supply air from the outside as compared with a device only for suction or only for discharge, so that the apparatus can be simplified. Further, the disturbance can be given more efficiently than when only suction or only discharge is performed.
本発明においては、 前記舟体に当たる空気流の剥離点近傍に前記空気吸吐口が配置されていることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said air suction port is arrange | positioned in the vicinity of the peeling point of the airflow which hits the said ship body.
流れの中に舟体を置くと、空気は舟体の上下両面で剥離して、剥離せん断層が形成される。この剥離点近傍で空気の擾乱を起こすことにより、剥離領域の流体に外部から運動量が供給され、剥離せん断層が不安定となる位置（巻き込み・巻き上がり位置）を舟体から遠ざけることができる。さらに、同位置における流速の時間変化（渦の成長と拡散の時間変動量）を小さくできる。これらのことにより、空力音を低減できる。 When the hull is placed in the flow, the air peels on both the upper and lower surfaces of the hull, forming a peel shear layer. By causing air disturbance in the vicinity of the separation point, momentum is supplied to the fluid in the separation region from the outside, and the position where the separation shear layer becomes unstable (winding / rolling position) can be moved away from the hull. Furthermore, the time change of the flow velocity at the same position (the amount of time fluctuation of vortex growth and diffusion) can be reduced. By these things, aerodynamic sound can be reduced.
具体的には、空気吸吐孔を舟体の剥離点近傍に形成することができる。 Specifically, the air suction / discharge hole can be formed in the vicinity of the peeling point of the boat body.
本発明においては、 空気の吸引と吐出を交互に繰り返す周波数が、前記舟体の空気流下流部において形成されるカルマン渦の放出周波数以上であることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the frequency at which the suction and discharge of air are repeated alternately is equal to or higher than the Karman vortex discharge frequency formed in the downstream portion of the airflow of the boat body.
空気の吸引・吐出の周波数とは、吸引（あるいは吐出）から次の吸引（あるいは吐出）までの時間（周期）の逆数を示す。巻き込み・巻き上がりの周波数とは、巻き込み・巻き上がりから次の巻き込み・巻き上がりまでの時間（周期）の逆数を示す。空気の吸引・吐出の周波数を、巻き込み・巻き上がりの周波数よりも大きくすることにより、擾乱による剥離せん断層の制御性がよくなる。 The frequency of air suction / discharge indicates the reciprocal of the time (cycle) from suction (or discharge) to the next suction (or discharge). The frequency of winding / winding up represents the reciprocal of the time (cycle) from the winding / winding up to the next winding / winding up. By making the frequency of air suction / discharge higher than the frequency of entrainment / rolling-up, the controllability of the peeling shear layer by disturbance is improved.
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、舟体に空気吸吐口を設けて、同口から空気の吸引・吐出を交互に行うことで舟体の周囲の空気流に擾乱を与えるので、空力音の低減や、揚力特性のコントロールが可能となる。特に、舟体の上下両面の剥離点近傍に空気吸吐口を配置すれば、剥離点近傍で空気の擾乱を起こすので、剥離領域の流体に効率よく運動量が供給され、剥離せん断層が安定化されて巻き上がりの生じる位置を舟体から遠ざけることができる。さらに、同位置における流速の時間変化を小さくできる。これらのことにより、空力音を低減できる。 As is apparent from the above description, according to the present invention, the air hose is provided in the hull, and air is sucked and discharged alternately from the hull so as to disturb the air flow around the hull. Therefore, aerodynamic noise can be reduced and lift characteristics can be controlled. In particular, if air inlets are placed near the separation points on the upper and lower surfaces of the hull, air disturbance occurs near the separation point, so momentum is efficiently supplied to the fluid in the separation region, and the separation shear layer is stabilized. The position where the hoisting occurs can be moved away from the hull. Furthermore, the time change of the flow velocity at the same position can be reduced. By these things, aerodynamic sound can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、図２を参照して、パンタグラフの全体の構造を説明する。
パンタグラフ１は、電気鉄道の車両に電力供給する架線Ｔ（トロリ線）に押し当てられるすり板１０が固定された舟体本体２０と、車両の屋根上に舟体本体２０を昇降可能に支持する枠組み５０と、を備える。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the overall structure of the pantograph will be described with reference to FIG.
The pantograph 1 supports a hull body 20 to which a sliding plate 10 pressed against an overhead line T (trolley line) that supplies electric power to a vehicle of an electric railway is fixed, and supports the hull body 20 on a roof of the vehicle so as to be able to move up and down. And a framework 50.
図１を参照して、本発明の実施の形態のパンタグラフ舟体の構造を説明する。図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は正面図、図１（Ｃ）は側断面図である。
舟体本体２０は、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、左右方向（進行方向と直交する方向）に長い、中空部を有する箱状体であり、底板２１、前後側板２２、２３、及び、左右側板２４、２５を有する。この舟体本体２０の側断面形状は、図１（Ｃ）に示すように、下に向かってやや先細の略台形の鈍頭形状である。舟体本体２０の上開口面には、すり板１０が取り付けられている。なお、舟体本体２０の断面形状としては、矩形など様々な形状のものがあり、本図はその一例を示すものである。
舟体本体２０は、一例でアルミニウム合金（ジュラルミン）等で作製される。一例で、舟体本体２０の長さ（左右方向長さ）は１ｍ、幅（進行方向長さ）は７０ｍｍ、高さ（すり板含む）は５０ｍｍである。
With reference to FIG. 1, the structure of the pantograph boat body of embodiment of this invention is demonstrated. 1A is a plan view, FIG. 1B is a front view, and FIG. 1C is a side sectional view.
As shown in FIGS. 1A and 1B, the hull body 20 is a box-like body that has a hollow portion that is long in the left-right direction (the direction orthogonal to the traveling direction), and includes a bottom plate 21, front and rear side plates 22, 23 and left and right side plates 24 and 25. As shown in FIG. 1 (C), the side cross-sectional shape of the hull body 20 is a substantially trapezoidal blunt shape that is slightly tapered downward. A sliding plate 10 is attached to the upper opening surface of the hull body 20. Note that the cross-sectional shape of the hull body 20 includes various shapes such as a rectangle, and this figure shows an example.
The hull body 20 is made of an aluminum alloy (duralumin) or the like as an example. In one example, the length (left-right direction length) of the hull body 20 is 1 m, the width (travel direction length) is 70 mm, and the height (including the sliding plate) is 50 mm.
図１（Ｂ）に示すように、舟体本体２０の前側板２２の下縁に沿って、複数（この例では１６個）の空気吸吐口２７が左右方向に並んで開けられている。さらに、舟体本体２０の内部には、図１（Ａ）に示すように、これらの空気吸吐口２７を介して、空気の吸引と吐出を交互に繰り返す空気吸吐デバイス３０が配置されている。この例では、空気吸吐デバイス３０として複数のスピーカ３１（この例では８台）を使用する。スピーカ３１は、ボイスコイルへの通電によってコーン型の振動板を前後方向に振動させるものであり、振動板の前後方向への移動によって同板前方の空気の吐出と吸引を繰り返す。 As shown in FIG. 1B, along the lower edge of the front side plate 22 of the hull body 20, a plurality of (in this example, 16) air inlets 27 are opened side by side in the left-right direction. Further, as shown in FIG. 1A, an air suction / discharge device 30 that alternately repeats the suction and discharge of air is disposed inside the hull body 20 through the air suction / discharge ports 27. . In this example, a plurality of speakers 31 (eight in this example) are used as the air suction / discharge device 30. The speaker 31 vibrates the cone-shaped diaphragm in the front-rear direction by energizing the voice coil, and repeatedly discharges and sucks air in front of the plate by moving the diaphragm in the front-rear direction.
スピーカ３１の構造の一例を簡単に説明する。
スピーカ３１は、図１（Ｃ）に示すように、磁気回路３３と、コーン型振動板３８と、ボイスコイル４１と、を有する。これらはケーシング４３内に収容されている。磁気回路３３は、ヨーク３４と、ヨーク３４の中央に配置された磁石３５と、磁石３５の上面に固定されたプレート３６とからなり、ヨーク３４と磁石３５との間に環状の磁気ギャップが形成されている。コーン型振動板３８の中央孔には、ボビン（図示されず）が固定されており、同ボビンの周囲にはボイスコイル４１が巻き回されている。ボイスコイル４１は、磁気ギャップ内に配置されている。コーン型振動板３８は、内端がダンパ（図示されず）によってケーシング４３に支持されている。
An example of the structure of the speaker 31 will be briefly described.
As shown in FIG. 1C, the speaker 31 includes a magnetic circuit 33, a cone-type diaphragm 38, and a voice coil 41. These are accommodated in the casing 43. The magnetic circuit 33 includes a yoke 34, a magnet 35 disposed in the center of the yoke 34, and a plate 36 fixed to the upper surface of the magnet 35, and an annular magnetic gap is formed between the yoke 34 and the magnet 35. Has been. A bobbin (not shown) is fixed to the central hole of the cone-shaped diaphragm 38, and a voice coil 41 is wound around the bobbin. The voice coil 41 is disposed in the magnetic gap. The inner end of the cone-shaped diaphragm 38 is supported by the casing 43 by a damper (not shown).
ボイスコイル４１に電流を流すと、磁力線と直角の方向、すなわち図の上下方向に力が生じて、ボイスコイル４１が図の上下方向に振動する。この振動は、ボビンを介してコーン型振動板３８に伝達されて、同振動板３８が上下方向に振動する。 When a current is passed through the voice coil 41, a force is generated in a direction perpendicular to the magnetic field lines, that is, in the vertical direction in the figure, and the voice coil 41 vibrates in the vertical direction in the figure. This vibration is transmitted to the cone-shaped diaphragm 38 via the bobbin, and the diaphragm 38 vibrates in the vertical direction.
図１（Ｃ）に示すように、各スピーカ３１は、振動板３８が下方に向くように舟体本体２０内に収容されている。また、図１（Ａ）にも示すように、ケーシング４３の底板４４（振動板３８に対向する板）には、舟体本体２０の長さ方向に並んで２個の孔４５が開けられている。各孔４５は、舟体本体２０の前板２２に開けられた空気吸吐口２７と空気管４５で接続している。このような構成により、スピーカ３１を作動させるとコーン型振動板３８が前後方向に振動し、ケーシング４３内の同板前方の空間が正圧及び負圧になり、舟体本体２０の前側板２２の空気吸吐口２７から空気管４７を通って前方に空気が吐出及び吸引される。 As shown in FIG. 1C, each speaker 31 is housed in the hull body 20 so that the diaphragm 38 faces downward. Further, as shown in FIG. 1A, two holes 45 are formed in the bottom plate 44 of the casing 43 (a plate facing the vibration plate 38) side by side in the length direction of the hull body 20. Yes. Each hole 45 is connected to an air inlet / outlet 27 formed in the front plate 22 of the hull body 20 by an air pipe 45. With such a configuration, when the speaker 31 is operated, the cone-shaped diaphragm 38 vibrates in the front-rear direction, the space in front of the same plate in the casing 43 becomes positive pressure and negative pressure, and the front plate 22 of the hull body 20 Air is discharged and sucked forward through the air pipe 47 from the air inlet / outlet 27.
空気吸吐デバイス３０としては、スピーカの他に、ピエゾアクチュエータ、プラズマアクチュエータ、シンセティックジェットアクチュエータなどの、１００Ｈｚ以上で空気の吸引・吐出を行うことのできるデバイスを使用できる。 As the air sucking and discharging device 30, in addition to the speaker, a device capable of sucking and discharging air at 100 Hz or higher, such as a piezo actuator, a plasma actuator, or a synthetic jet actuator, can be used.
図３を参照して、舟体の前板の下縁から空気を吸引及び吐出することによって空力音を低減させることができる理由の一例を説明する。
図３は、図の左から右へ向かう流れの中に舟体本体２０を置いた状態を模式的に示している。図３の実線で示すように、流れは舟体本体２０の前面の上縁と下縁から剥離して舟体の後方に流れる（剥離せん断層の形成）。剥離せん断層は舟体本体２０の後方で不安定になり、巻き上がりが生じてカルマン渦が形成される。このカルマン渦は、ある周期で成長と拡散を繰り返しながら次々と発生する。このような渦の非定常なふるまいによって空力音（エオルス音）が発生する。この音は、渦度の時間変動量が大きい場合、及び、渦と舟体との距離が近い場合に、特に大きくなる。
With reference to FIG. 3, an example of the reason why aerodynamic noise can be reduced by sucking and discharging air from the lower edge of the front plate of the boat body will be described.
FIG. 3 schematically shows a state where the hull body 20 is placed in the flow from the left to the right in the figure. As shown by the solid line in FIG. 3, the flow separates from the upper and lower edges of the front surface of the hull body 20 and flows to the rear of the hull (formation of a peeled shear layer). The peeling shear layer becomes unstable behind the hull body 20 and rolls up to form Karman vortices. This Karman vortex is generated one after another while repeating growth and diffusion in a certain cycle. Such unsteady behavior of the vortex generates aerodynamic sound (Erus sound). This sound is particularly loud when the amount of vorticity variation over time is large and when the distance between the vortex and the hull is close.
本発明においては、図３の円で囲んだ部分に示すように、舟体本体２０の前板２２の下縁の空気吸吐口２７から空気を吸引及び吐出する。つまり、図３の円で囲った部分、すなわち、剥離点近傍において流れに擾乱を与える。すると、舟体本体２０の下縁で剥離して形成された剥離せん断層の内側に運動量が供給され、図３の一点鎖線で示すように、剥離せん断層が不安定になる位置（カルマン渦が形成される位置）が舟体本体２０からより後方となる。さらに、剥離せん断層自身が安定となるため、流れ場の時間変動量が減少する。
これらのことから、空力音を低減できると考えられる。
In the present invention, air is sucked and discharged from the air suction port 27 on the lower edge of the front plate 22 of the hull body 20 as shown in the circled portion of FIG. That is, the flow is disturbed in a portion surrounded by a circle in FIG. 3, that is, in the vicinity of the separation point. Then, momentum is supplied to the inside of the peeling shear layer formed by peeling at the lower edge of the hull body 20, and the position where the peeling shear layer becomes unstable (Kalman vortex is generated) as shown by a one-dot chain line in FIG. The position to be formed is further rearward from the hull body 20. Furthermore, since the peeling shear layer itself becomes stable, the amount of time fluctuation of the flow field is reduced.
From these things, it is thought that aerodynamic sound can be reduced.
なお、空気の吸引・吐出の周波数は、渦の発生周波数（放出周波数、エオルス音の周波数）よりも高いことが、擾乱による剥離せん断層の制御性がよくなるので好ましい。エオルス音の周波数ｆは、流速Ｕ、物体の直径Ｄの場合、ｆ＝Ｓｔ×（Ｕ／Ｄ）で表わされる（ただし、Ｓｔは物体の形状によって定まる数である）。
また、空気の吸引・吐出の周波数は、パンタグラフの揚力変動に影響を及ぼす恐れのある周波数とはレベルが大きく異なるので、揚力変動には影響しない。
Note that the air suction / discharge frequency is preferably higher than the vortex generation frequency (discharge frequency, aeolian sound frequency), because the controllability of the peeled shear layer by disturbance is improved. The frequency f of the Aeolian sound is represented by f = St × (U / D) in the case of the flow velocity U and the diameter D of the object (where St is a number determined by the shape of the object).
In addition, the level of the air suction / discharge frequency is significantly different from the frequency that may affect the lift fluctuation of the pantograph, and therefore does not affect the lift fluctuation.
本発明においては、空気を吸引及び吐出するデバイスを使用することにより、質量流量をゼロとする（空気吸引量の時系列的平均値と空気吐出量の時系列的平均値とが等しい）ことができる。このため、吸引のみ、あるいは、吐出のみのデバイスを比べて、パンタグラフへ外部から空気を供給する必要がないため、装置を簡略化できる。また、吸引のみ、あるいは、吐出のみの場合よりも、擾乱を効率的に与えることができる。
なお、舟体の上縁にも空気吸吐口を設けて、上縁から剥離する剥離せん断層に擾乱を与えることが好ましい。ただし、実際には、舟体の上面にはすり板が存在するため、上縁に沿って空気吸吐口を設けるには工夫を要する。なお、本発明者らの行った検討・実験によれば、下縁のみでも十分な効果を期待できる。
In the present invention, the mass flow rate is made zero by using a device that sucks and discharges air (the time series average value of the air suction amount is equal to the time series average value of the air discharge amount). it can. For this reason, it is not necessary to supply air from the outside to the pantograph as compared with a device only for suction or only for discharge, so that the apparatus can be simplified. Further, the disturbance can be given more efficiently than when only suction or only discharge is performed.
In addition, it is preferable to provide an air inlet / outlet on the upper edge of the hull and to disturb the peeling shear layer that peels from the upper edge. However, in reality, since a ground plate exists on the upper surface of the boat body, it is necessary to devise to provide the air inlet / outlet along the upper edge. In addition, according to the examination and experiment conducted by the present inventors, a sufficient effect can be expected with only the lower edge.
次に、本発明の舟体の流れ場変動をＣＦＤ解析した結果を、図４を参照して説明する。
図１に示した舟体を使用してＣＦＤ解析を行った。比較として、空気吸吐デバイスのない同じ形状の舟体を用いた。流れの速度は４１．７ｍ／ｓ（１５０ｋｍ／ｈ）とした。この場合、エオルス音の周波数ｆは、舟体（すり板含む）の高さを５０ｍｍとして、ｆ＝０．１１×（４１．７（ｍ／ｓ）／５０（ｍｍ））で表わされ、約１００Ｈｚとなる（Ｓｔ≒０．１１）。空気の吸引・吐出周波数は、エオルス音の周波数よりも大きい１０００Ｈｚ、最大振幅は１０ｍ／ｓとした。なお、最大振幅とは、空気吸吐口における最大吸引空気速度と最大吐出空気速度の絶対値の和の１／２である。
Next, the result of CFD analysis of the flow field fluctuation of the boat body of the present invention will be described with reference to FIG.
CFD analysis was performed using the boat body shown in FIG. As a comparison, a hull of the same shape without an air breathing device was used. The flow speed was 41.7 m / s (150 km / h). In this case, the frequency f of the Aeolian sound is expressed by f = 0.11 × (41.7 (m / s) / 50 (mm)), where the height of the hull (including the sliding plate) is 50 mm. It becomes about 100 Hz (St≈0.11). The air suction / discharge frequency was 1000 Hz, which is larger than the frequency of the Aeolian sound, and the maximum amplitude was 10 m / s. The maximum amplitude is 1/2 of the sum of the absolute values of the maximum suction air speed and the maximum discharge air speed at the air inlet / outlet.
図４（Ａ）は、流速のＲＭＳの０ｍ／ｓから２７ｍ／ｓまでの間を、黒から白の濃淡で示したものである。白い部分ほど流速が大きいことを示す。図４（Ａ）の左側の図は比較、図４（Ａ）の右側の図は本発明の例を示す。
これらの図から以下のことがわかる。
（１）本発明の舟体の方が、全体の白い部分の面積が狭くなっているとともに、最も白い部分の濃度が濃く（黒く）なっている（ＲＭＳの最大値が小さくなっている）。つまり、渦の時間変動量が小さくなっている。
（２）本発明の舟体の方が、最も白い部分（ＲＭＳが大きい部分）が比較例の舟体よりも遠い位置にある。つまり、渦が舟体のより後方で発生している。
このように、本発明の舟体は、空力音が低減していることが予想される。
FIG. 4 (A) shows the density of black to white between 0 m / s and 27 m / s of the RMS of the flow velocity. The white part indicates that the flow velocity is large. The left figure in FIG. 4A shows a comparison, and the right figure in FIG. 4A shows an example of the present invention.
From these figures, the following can be understood.
(1) The area of the white portion of the boat body of the present invention is narrower, and the density of the whitest portion is darker (black) (the RMS maximum value is smaller). That is, the amount of time fluctuation of the vortex is small.
(2) In the hull of the present invention, the whitest portion (the portion with the larger RMS) is located farther than the hull of the comparative example. That is, the vortex is generated behind the hull.
Thus, it is expected that the aerodynamic sound is reduced in the hull of the present invention.
図４（Ｂ）は、圧力等値面（Ｃｐ＝−１．０）と、この面上における渦度（流速ベクトルの回転）分布を０ｓ−１から１．０×１０４ｓ−１の間に対して、黒から白の濃淡で示したものである。白い部分ほど渦度が大きいことを示す。図４（Ｂ）の左側の図は比較例、図４（Ｂ）の右側の図は本発明の例を示す。
比較例のものは、舟体の周囲や後方に白、あるいは、灰色の塊のようなものが散在している。一方、本発明のものは、白や灰色の塊の部分がほとんど存在しない。
つまり、本発明の舟体は、渦度が減少しており、強い渦の生成が抑制されていることがわかる。
FIG. 4 (B), the pressure isosurface (Cp = -1.0), while the distribution (rotation velocity vector) vorticity on this surface from 0 s -1 of 1.0 × 10 4 s -1 On the other hand, the shades of black to white are shown. The white part indicates the greater vorticity. The left diagram in FIG. 4B shows a comparative example, and the right diagram in FIG. 4B shows an example of the present invention.
In the comparative example, white or gray lumps are scattered around and behind the hull. On the other hand, the present invention has almost no white or gray mass.
That is, it can be seen that the hull of the present invention has a reduced vorticity and the generation of strong vortices is suppressed.
次に、図１の舟体を使用して風洞実験を行った結果を説明する。
実験装置として、図１と同様の舟体を使用した。空気吸吐デバイスとして、８個のスピーカ（ＬＦ０４０Ｐ１−Ｓ（商品名）、リードサウンド社製）を使用した。比較として、空気吸吐デバイスなしの舟体を使用した。流れの流速は２８ｍ／ｓ、空気の吸引・吐出の周波数は３００Ｈｚ、最大振幅は５ｍ／ｓである。本発明及び比較例の音圧レベルを計測した。計測結果を図５のグラフに示す。グラフの横軸は周波数（Ｈｚ）、縦軸は音圧レベル（ｄＢ）を示す。太い実線が本発明、細い実線が比較例を示す。
Next, the results of a wind tunnel experiment using the boat body of FIG. 1 will be described.
As the experimental device, the same hull as in FIG. 1 was used. Eight speakers (LF040P1-S (trade name), manufactured by Reed Sound Co., Ltd.) were used as the air sucking and discharging devices. As a comparison, a hull without an air breathing device was used. The flow velocity is 28 m / s, the air suction / discharge frequency is 300 Hz, and the maximum amplitude is 5 m / s. The sound pressure levels of the present invention and the comparative example were measured. The measurement results are shown in the graph of FIG. The horizontal axis of the graph represents frequency (Hz), and the vertical axis represents sound pressure level (dB). A thick solid line represents the present invention, and a thin solid line represents a comparative example.
グラフの７０Ｈｚ付近のピークがエオルス音を示す。この部分で、本発明の舟体は、空気吸吐デバイスを使用しないものに比べて、音圧レベルが約３ｄＢ低下していることがわかる。したがって、本発明のパンタグラフは、空力音を低減させることができると確認された。 A peak near 70 Hz in the graph indicates an Erus sound. In this part, it can be seen that the sound pressure level of the hull of the present invention is about 3 dB lower than that of the boat that does not use the air sucking and discharging device. Therefore, it was confirmed that the pantograph of the present invention can reduce aerodynamic sound.
１０ すり板
２０ 舟体本体 ２１ 底板
２２ 前側板 ２３ 後側板
２４ 右側板 ２５ 左側板
２７ 空気吸吐口
３０ 空気吸吐デバイス ３１ スピーカ
３３ 磁気回路 ３４ ヨーク
３５ 磁石 ３６ プレート
３８ コーン型振動板 ４１ ボイスコイル
４３ ケーシング ４４ 底板
４５ 孔 ４７ 空気管
５０ 枠組み
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Slip plate 20 Ship body 21 Bottom plate 22 Front side plate 23 Rear side plate 24 Right side plate 25 Left side plate 27 Air suction port 30 Air suction device 31 Speaker 33 Magnetic circuit 34 York 35 Magnet 36 Plate 38 Cone type vibration plate 41 Voice coil 43 Casing 44 Bottom plate 45 Hole 47 Air pipe 50 Frame
Claims (4)
該舟体の本体に形成された、空気を吸引吐出する空気吸吐口と、
前記本体内に配置された、前記空気吸吐口を通じて、空気の吸引と吐出を交互に繰り返す空気吸吐デバイスと、
を備えることを特徴とするパンタグラフ。 A pantograph with a hull pressed against a trolley wire through a sliding plate,
An air inlet and outlet formed on the body of the boat body for sucking and discharging air;
An air sucking and discharging device that alternately arranges suction and discharge of air through the air sucking and discharging port disposed in the main body,
A pantograph characterized by comprising:
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