JP4371837B2 - 鉄道先頭車両の車体構造 - Google Patents

Description

本発明は、高速走行する新幹線(登録商標）等の鉄道先頭車両の車体構造に関するものである。

一般に、新幹線などの高速の鉄道車両がトンネルに突入する場合には、その先頭車両によって、トンネル内の限られた空間に存在する空気を押し込むように前記空気が圧縮される。この圧縮された空気が圧縮波となってトンネル内をほぼ音速に等しい速度で前方へ伝播される。そして、この圧縮波はトンネルの出口に到達したときには出口で反射されるが、それの一部はパルス状の圧力波となってトンネル出口から外部へ放射される。このパルス状の圧力波を、微気圧波（トンネル微気圧波）という。この微気圧波（パルス状の圧力波）が外部へ放射されることにより、トンネルの出口付近では爆発音とともに微振動等が生じ、周辺の環境に影響を及ぼす場合がある。

そのため、高速性能が要求される鉄道車両では、先頭車両の車体先頭部の形状に、いわゆる高速走行時の走行抵抗を減少させるだけでなく、前述したところのトンネルに突入した際に生じる微気圧波を低減させることができる形状とすることが必要とされる。

鉄道車両がトンネル内に突入する場合に、トンネルと車両によって発生する微気圧波を分散させて低減するための鉄道先頭車両の車体形状として、車体の先端部分をやや後方に傾斜させて上方に立ち上げることにより第１段目の横断面積増加部分を形成した後、横断面積をほぼ一定に保ってほぼ水平に後方に延設した後、再びやや後方に傾斜させて上方に立ち上げることにより第２段目の横断面積増加部分を形成し、前記第１段目の横断面積／前記第２段目の横断面積の面積比が０．６以上で、前記第１段目と第２段目の横断面積増加部分の間隔を１５ｍ以上にしたものが既に知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、このような構成にすると、微気圧波の低減に効果があるとしても、そのために前記第１段目と第２段目の横断面積増加部分の間隔を１５ｍ以上にする必要があり、車両の先頭部分の長さが長くなる。一方、車両の長さをあまり長くすることなく、すなわち前記第１段目と第２段目の横断面積増加部分の間隔をあまり広くすることなく、微気圧波の低減効果を得たいという要求がある。

そして、発明者らは、高速走行することを検討する際に、前記第１段目と第２段目の横断面積増加部分の間隔をあまり広くすることなく、微気圧波の低減効果を得るべく研究開発を進めたところ、発明者らは、このような車体形状を考える場合に、組み合せが多すぎて解き方がまったく分からない問題でも比較的スムーズに最適解を求めることができる遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Genetic Algorithm）が、最適化設計手法として最も適していることを知見した。

また、そのような微気圧波を低減させる高速鉄道車両の先頭部形状として、高速鉄道車両における先頭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横断面積増加率の大きい部分を、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横断面積増加率の極大値が後部の横断面積増加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横断面積が徐々に僅かずつ大きくなるように横断面積増加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ものが提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。

その一方、微気圧波を低減させるために、このような鉄道車両側の微気圧波対策（高速鉄道車両の先頭部形状に改良を加える）に対し、従来よりトンネル側の微気圧波対策（高速鉄道車両の先頭部形状を変更することなく、トンネル側の入口部分に改良を加える）として、トンネル入口に、断面がトンネル断面より大きく、長さがトンネル直径の１〜３倍程度の覆体（いわゆる緩衝工）の横断面積と覆体の長さとから決められた最適面積を有する開口部を１個ないし複数個設けることによって、列車がトンネルに突入するときに生じる圧縮波面の勾配をなめらかにすることが知られている（例えば、特許文献４参照）。
特開平１１−３２１６４０号公報（第２頁〜第４頁、図１〜図４） 特開２００２−３０８０９２号公報（第３頁〜第５頁、図５、図８、及び図１０） 特開２００３−０６３３８６号公報（第３頁〜第６頁、図４、図５、及び図１３） 特公昭５５−３１２７４号公報（第１頁〜第２頁、及び第１図）

前述した特許文献１や特許文献２，３に記載の車体形状とすれば、高速鉄道車両のトンネル突入時における微気圧波低減効果は、車体形状のみで考えると、これまでの先頭車両よりも向上している。

しかしながら、前述した特許文献１や特許文献２，３に記載の車体形状を決定する際に、特許文献４に記載の緩衝工については全く配慮されておらず、特許文献４に記載のように、トンネル側に微気圧波低減のために緩衝工が設けられている場合には、これまでの先頭車両よりも向上しているとは必ずしもいえない。

実際には高速鉄道車両が走行するトンネルの出入り口には緩衝工が設けられていたり緩衝工が設けられていなかったりし、いずれの場合でも微気圧波低減性能が求められる。

ところで、東北地方などの寒冷地を走行する高速鉄道車両においても高速化が求められており、通常の高速鉄道車両と同様に、トンネル突入時における微気圧波対策が問題となっている。この場合には、東海地方などの温暖地を走行する高速鉄道車両とは異なり、連結器後方で台枠の下方であって排障装置の前側に、ＦＲＰなどで形成され除雪機能を有するスノウプラウが設けられている。このようなスノウプラウは、除雪機能を有するため、排障装置とは異なって大きく、高速走行する場合には、騒音の原因となりやすい。前述した特許文献１〜３に記載の高速鉄道車両は、東海、山陽地方などの温暖地を走行するものであり、このようなスノウプラウを備えるものではなく、前述した特許文献１〜３に記載の技術を、スノウプラウを備える高速鉄道車両にそのまま適用することができない。

また、新幹線区間と在来線区間とのいずれも走行可能である新在直通車両が知られており、そのような新在直通車両は、多くの場合、新幹線区間では他の高速鉄道車両と併結して運転されている。そのような併結状態で、各編成列車に電力を安定して供給するために、２つの編成列車を連結した場合に前記２つの編成列車間での電力の授受を行う特高圧分併装置を設けたいという要求もある。この特高圧分併装置は、連結器の上側に配置され、トンネル突入時における微気圧波低減に影響を及ぼすが、このような特高圧分併装置も、前述した特許文献１〜３に記載の高速鉄道車両は備えておらず、前述した特許文献１〜３に記載の技術を、特高圧分併装置を備える高速鉄道車両にそのまま適用することができない。

つまり、東北地方などの寒冷地を走行する高速鉄道車両は、東海地方などの温暖地方を走行する高速鉄道車両とは異なり、スノウプラウや特高圧分併装置を備えるので、前記寒冷地を走行する高速鉄道車両には、前記温暖地方を走行する高速鉄道車両を対象とする特許文献１〜３に記載の技術をそのまま適用することができない。また、特高圧分併装置に限らず、その他の電気連結器などの分割併合装置を設ける場合も、先頭部分に大きな設置スペースを必要とするので、同様に、特許文献１〜３に記載の技術をそのまま適用することができない。

そこで、発明者らは、連結器後方で台枠の下方に除雪機能を有するスノウプラウを備え前述したような寒冷地を走行する高速鉄道車両であって、前記先頭部分に、分割併合装置を設ける場合において、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、これまでの先頭車両よりも微気圧波による衝撃音の低減を図るべく、鋭意研究を重ねた結果、本発明を開発するに至ったものである。

つまり、発明者らは、前述した寒冷地走行の高速鉄道車両を前提として、
(i)車体の横断面積変化が微気圧波低減性能に影響を与える、
(ii)トンネルに突入する際に発生する圧縮波の圧力勾配が前記微気圧波低減性能を測る尺度（指標）になる、
という知見に基づき、理想的な鉄道車両の先頭車体について、最適な車体形状を得るために、従来までの形状設計に関する試行錯誤的な手法から、数値流体解析（ＣＦＤ解析）と最適化設計手法（遺伝的アルゴリズム）を組み合わせて、数値的に微気圧波が低減する最適先頭形状（最適横断面積分布）についてさらに研究を進め、研究の結果得られたデータについて検討を重ね、緩衝工がないトンネルでの微気圧波低減性能と、緩衝工があるトンネルでの微気圧波低減性能との両立を図る上で最も有利な車体形状を見い出し、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、これまでの先頭車両よりも微気圧波による衝撃音を低減することができる高速先頭車両の車体形状を開発し、本発明をするに至ったものである。

請求項１の発明は、台枠の下方であって排障装置の前側に除雪機能を有するスノウプラウが設けられ、車体の横断面積が前端から後方に向かって増加する先頭部分と、その先頭部分の後側に連続し横断面積が最大で一様となる一般部分とを備える鉄道先頭車両の車体構造であって、前記先頭部分に分割併合装置が設けられ、前記先頭部分が、前記分割併合装置及びスノウプラウを覆う構成とされると共に、横断面積増加率が大きい前側の横断面積増加部分と、この前側の横断面積増加部分に連続し前記前側の横断面積増加部分よりも横断面積増加率が小さい後側の横断面積増加部分とを有し、前記スノウプラウを覆う部分は、その他の部分と分割して形成され、前記スノウプラウを覆う第１の位置と、前記スノウプラウを露出させる第２の位置との間を移動可能に構成され、前記前側の横断面積増加部分は、車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲で、横断面積が０ｍ ² から３ｍ ² 付近の値まで変化し、かつ横断面積増加率が、４．０ｍ ² ／ｍ程度から２．０ｍ ² ／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、前記横断面積が３ｍ ² 付近の値を変曲点として大きく低下する構成とされ、緩衝工のないトンネルに突入する場合にその突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、前側の横断面積増加部分と後側の横断面積増加部分との境界付近において最大値をとり、一般部分に向かって小さくなるが、後側の横断面積増加部分において一旦小さくなった後に再び大きくなるように、前記先頭部分の横断面積が変化していることを特徴とする。ここで、「分割併合装置」とは、駆動力を伝達する連結器のほか、先頭部分に大きな設置スペースを必要とするもので、２つの編成列車を連結した場合に前記２つの編成列車間での電力の授受を行う特高圧分併装置を含む電気連結器、車両間のエア配管の接続部等を意味する。「横断面積増加率が４．０ｍ ² ／ｍ程度から２．０ｍ ² ／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し」とは、後述するように従来の高速先頭車両よりも横断面積増加率が大きくなることを意味する。

このようにすれば、緩衝工のないトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、前側の横断面積増加部分と後側の横断面積増加部分との境界付近において最大値をとり、一般部分に向かって小さくなるが、後側の横断面積増加部分において一旦小さくなった後に再び大きくなるように、車体前後方向に沿って車体の横断面積増加率が変化しているので、緩衝工のあるトンネルに突入する場合は、緩衝工のないトンネルの場合に比べて先頭部分の前側の横断面積増加部分における圧力勾配の最大値が小さく、緩やかな圧力勾配変化率でもって変化するようになり、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても、緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果が確保される。
先頭部分の先端に、横断面積増加率が４．０ｍ ² ／ｍ程度から２．０ｍ ² ／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、かつ車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲となるように前側の横断面積増加部分を設けることで、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果が確保される。
さらに、先頭部分での横断面積の増加が急激となり、微気圧波低減効果を損なうことなく、分割併合装置を配置する空間を大きく確保する上で有利となる。
特に、前記スノウプラウを覆う部分は、その他の部分と分割して形成され、前記スノウプラウを覆う第１の位置と、前記スノウプラウを露出させる第２の位置との間を移動可能に構成されているので、除雪が必要な時には、高速走行できず、トンネル突入時における微気圧波低減が問題とならないことから、前記スノウプラウを覆う部分を第１の位置から第２の位置へ移動させることで、除雪機能を有効に発揮させることができる。また、通常時は、第１の位置とすることで、トンネル突入時における微気圧波低減が図れる。

それに加えて、前側の横断面積増加部分の横断面積増加率を大きくしているので、分割併合装置（例えば、特高圧分併装置）やスノウプラウを覆うことができる車体形状の選択の自由度が高く、それらを無理なく覆うことが可能となる。

その場合には、請求項２に記載のように、前記後側の横断面積増加部分において前記圧縮波の圧力勾配が一旦小さくなった後に再び大きくなるのは、前記圧力勾配が最大値になった後に圧力勾配が前記最大値の８０％付近の値になるときに生ずる構成とすることができる。

よって、請求項３に記載のように、前記前側の横断面積増加部分に、前記分割併合装置が配置されている構成とすることができる。

以上に説明したように、本発明は、緩衝工のないトンネルに突入する場合には、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、前側の横断面積増加部分と後側の横断面積増加部分との境界付近において最大値をとり、一般部分に向かって小さくなるが、後側の横断面積増加部分において一旦小さくなった後に再び大きくなるように、前記先頭部分の横断面積が変化しているので、分割併合装置及びスノウプラウを先頭部分が覆う先頭鉄道車両において、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果を確保することができる。
特に、前記スノウプラウを覆う部分は、その他の部分と分割して形成し、前記スノウプラウを覆う第１の位置と、前記スノウプラウを露出させる第２の位置との間を移動可能に構成しているので、除雪が必要で、高速走行できず、トンネル突入時における微気圧波低減が問題とならない時には、前記スノウプラウを覆う部分うぃ第１の位置から第２の位置へ移動させることで、除雪機能を有効に発揮させることができる。また、通常時は、第１の位置とすることで、トンネル突入時における微気圧波の低減を図ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ本発明に係る実施例の一例である鉄道先頭車両の基本形状を示す正面図、側面図及び平面図である。

図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、鉄道先頭車両１の車体２は、前側の横断面積増加部分Ｚ１１及び後側の横断面積増加部分Ｚ１２を有する先頭部分Ｚ１より、横断面積が最大でほぼ一様となる一般部分Ｚ２に至るまでに、横断面積が車体前後方向に沿って増加するように構成されている。

すなわち、先頭部分Ｚ１の先端に、横断面積増加率が大きい前側の横断面積増加部分Ｚ１１を備え、その前側の横断面積増加部分Ｚ１１に連続して、横断面積が単調増加する後側の横断面積増加部分Ｚ１２が設けられている。この後側の横断面積増加部分Ｚ１２は、前側の横断面積増加部分Ｚ１１での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している。

そして、後側の横断面積増加部分Ｚ１２の車体前後方向中間部位に、運転室風防１０が配設され、この運転室風防１０が、運転室の上側に位置し、運転席（図示せず）の上側を覆っている。なお、ドアや窓部については図示を省略している。

図２（ａ）（ｂ）に示すように、前側の横断面積増加部分Ｚ１１には、連結器１１及びその上側に位置し編成列車間での電力の授受を行う特高圧分併装置１２（分割併合装置）が配置されている。その後側であり台枠１３の下方であって排障装置１４の前側に平面視くの字形状のスノウプラウ１５が設けられ、積雪時には除雪機能を発揮できるように構成されている。

また、車体２のスノウプラウ１５を覆う部分は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、車体本体２Ａと分離した可動式カバー２Ｂとして構成され、車体２の前部下側部分に相当する。この可動式カバー２Ｂは、リンク部材を介して車体本体２Ａに昇降変位可能に連結され、アクチュエータの作動によって、スノウプラウ１５を覆う第１の位置Ｐ１１（図３（ａ）参照）と、スノウプラウ１５を露出させる第２の位置Ｐ１２（図３（ｂ）参照）とのいずれか一方の位置を選択的にとるように構成されている。ここで、スノウプラウ１５を覆う第１の位置Ｐ１１では、可動式カバー２Ｂは、スノウプラウ１５の後側に位置する排障装置１４も覆っている。

従来の先頭車両の車体の先頭部分は、平面視ではほぼ弾丸形状である（図１（ａ）（ｂ）二点鎖線参照）が、本例の車体２の先頭部分Ｚ１は、平面視では車体幅が車体前後方向において先頭から一般部分Ｚ２に向かって直線的に徐々に大きくなる形状とされている（図１（ａ）（ｂ）実線参照）。一方、側面視では、本例の方が従来のものよりも高さ方向の変化が少なく、先端部分Ｚ１の長さが長く、一般部分Ｚ２の長さが短くなっている。これは、車体２の先端部分Ｚ１の前側の横断面積増加部分Ｚ１１から一般部分Ｚ２にかけては、前側の横断面積増加部分Ｚ１１での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加する後側の横断面積増加部分Ｚ１２とされている。なお、この後側の横断面積増加部分Ｚ１２の横断面積増加率は、従来のものよりも小さい。

具体的には、前側の横断面積増加部分Ｚ１１は、図４に示すように、横断面積増加率が４．０ｍ^２／ｍ程度から２．０ｍ^２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、かつ車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲となるように構成されている。

換言すれば、前側の横断面積増加部分Ｚ１１は、車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲で、横断面積が０ｍ^２から３ｍ^２付近の値まで変化し、前記横断面積が３ｍ^２付近の値を変曲点として、横断面積増加率が大きく低下している。

このように、先頭部分Ｚ１のうち前側の横断面積増加部分Ｚ１１において横断面積を変化させているのは、後述するように、緩衝工のないトンネルに突入する場合にその突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、前側の横断面積増加部分Ｚ１１と後側の横断面積増加部分Ｚ１２との境界付近において最大値をとり、一般部分Ｚ２に向かって小さくなるが、後側の横断面積増加部分Ｚ１２において一旦小さくなった後に再び大きくなるようにし、微気圧波低減効果を発揮させるためである。後側の横断面積増加部分Ｚ１２において圧縮波の圧力勾配が一旦小さくなった後に再び大きくなるのは、前記圧力勾配が最大値になった後に圧力勾配が前記最大値の８０％付近の値になるときに生ずる。

このような車体形状は、前述したように、従来まで用いられていた形状設計に関する試行錯誤的な手法ではなく、ＣＦＤと最適化設計手法（遺伝的アルゴリズム）を組み合わせて、数値的に微気圧波が低減する最適先頭形状（最適横断面積分布）を求める設計技術を適用して求めたものである。

前記ＣＦＤおよび最適化手法を用いて得られた、本発明に係る車体形状の横断面積分布を図４において破線で示すが、これを具体化したものが前記図１（ａ）〜（ｃ）に示す車体形状である。なお、図４には、併せて、図１に二点鎖線で示す従来の車体形状についての断面積分布（図４の実線参照：従来例）を一緒に示す。

図４において、先頭長さがおよそ１６ｍになる先頭部分Ｚ１は、横断面積が車体前後方向に沿って増加する方向に変化し、横断面積が最大でほぼ１１ｍ^２程度で一定になる一般部分Ｚ２に至るようになっている。

先頭部分Ｚ１において、図１（ａ）（ｂ）に示すように、先頭側から後端側に向かって横断面積が増加する方向に変化する前側の横断面積増加部分Ｚ１１、及び後側の横断面積増加部分Ｚ１２を備えるが、前側の横断面積増加部分Ｚ１１の断面積増加率は４．０ｍ^２／ｍ程度から２．０ｍ^２／ｍ程度までの範囲で徐々に連続的に減少する方向に変化しており、後側の横断面積増加部分Ｚ１２の断面積増加率は０．５ｍ^２／ｍ程度でほぼ一定である。ここで、横断面積増加率は、各増加部分Ｚ１１，Ｚ１２での横断面積の変化を直線的変化であるとみなして求めた値である。ここで、先頭部分Ｚ１の前側の横断面積増加部分Ｚ１１の最初の部分においては横断面積増加率を４．０ｍ^２／ｍと急激に増加させているが、これは、微気圧波低減効果を確保した上で、特高圧分併装置を設けるためである。よって、従来の車体形状の場合における先頭部分の先頭の横断面積増加率は先頭部分の先端の横断面積増加率は３．０ｍ^２／ｍ程度であるので、これらを超える増加率となっている。

そして、前側および後側の横断面積増加部分Ｚ１１，Ｚ１２の間はそれらがなめらかに連続するように接続されている。なお、前述したように、前側の横断面積増加部分Ｚ１１は、車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲となるように構成されているのは、図４に基づく。

また、２つの横断面積増加部分Ｚ１１，Ｚ１２を有する車体形状（実施例１）で、微気圧波による影響を二次元軸対称シミュレーション解析をしてみた結果を、図５〜図１０に示す。ここで、いずれも時速３６０ｋｍでトンネルに突入する場合の解析を行ったものであるが、図５は緩衝工がない場合であり、図６〜図１０はそれぞれ１０ｍの緩衝工がある場合、１４ｍの緩衝工がある場合、１７ｍの緩衝工がある場合、２５ｍの緩衝工がある場合及び３０ｍの緩衝工がある場合である。これら緩衝工の概略は、図１１〜図１５に示す通りである（単位：ｍ）。

緩衝工がない場合には、図５に示すように、従来例よりも実施例１の方が微気圧波の影響の目安となる圧力勾配指数が低いことがわかる。一方、１０ｍ緩衝工がある場合にも、図６に示す通り、実施例１は、前記圧力勾配指数が大幅に低下し、従来例よりも小さくなることがわかる。

このように、実施例１において、圧力勾配指数が小さくなるのは、前述したように、前側の横断面積増加部分Ｚ１１の最初の部分での断面積増加率を極端に大きくしていることが、１０ｍ緩衝工の有無にかかわらず、優れた微気圧波低減効果が発揮されるものと推測される。

また、１４ｍ，１７ｍ，２５ｍ，３０ｍの緩衝工がある場合にも、図７〜図１０に示す通り、実施例１は、前記圧力勾配指数が従来例より小さく、微気圧波低減効果を発揮するものと推測される。

よって、実施例１は、緩衝工の有無にかかわらず、従来例よりも圧力勾配数が小さく、従来例よりも微気圧波の低減効果に優れる。

この横断面積増加率を変動させて、前述した場合と同様に二次元軸対称シミュレーション解析をしてみたところ、横断面積増加率が大きく寄与していることが確認された。

ところで、微気圧波の圧力勾配(dp/dt最大値)は速度の３乗に比例することがわかっている。すなわち、

よって、実施例１の車体形状を有する車両が速度３６０km/hで走行したときの微気圧波の圧力勾配と、従来例の車体形状を有する車両の微気圧波の圧力勾配がわかれば、微気圧波の圧力勾配が従来例と同じになる最高速度（到達速度）が求まる。上式より、

となる（図１６参照）。

この計算式により、緩衝工がない場合は勿論、緩衝工がある場合であっても、実施例１の方が、dp/dtの最大値が小さいことから、従来例に比べて高速化できることがわかる。つまり、実施例１の車体形状であれば、従来例の車体形状と同程度の微気圧波低減効果を維持して、より一層の高速化が図れると推測される。

なお、車体２の先頭部分Ｚ１の長さは、例えば１３ｍ、１６ｍなどと変化するが、いずれの場合も前側の横断面積増加部分Ｚ１１における横断面積増加率はほぼ等しくなっており、その先頭部分Ｚ１の長さの差は、後側の横断面積増加部分の車体前後方向長さや後側の横断面増加率の変化によって吸収される。また、新幹線区間と在来線区間とのいずれも走行可能である新在直通車両の場合でも、高速走行する場合は、同様に適用することが可能である。なお、図５〜図１０において、実施例２，３として、一般部分の横断面積がほぼ９．２ｍ^２である車両（新在直通車両）で先頭部分の長さが１３ｍ，１６ｍのものをそれぞれ示す。

（ａ）は本発明に係る実施例の一例である鉄道先頭車両の基本形状を示す概略側面図、（ｂ）は同概略平面図、（ｃ）は概略正面図である。 特高圧分併装置及びスノウプラウのレイアウトを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ可動式カバーの動きの説明図である。 先頭からの距離と車体の横断面積との関係を示す図である。 緩衝工なしトンネルについての（微気圧波の指針となる）圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 １０ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 １４ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 １７ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 ２５ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 ３０ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。 １０ｍ緩衝工を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 １４ｍ緩衝工を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 １７ｍ緩衝工を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 ２５ｍ緩衝工を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 ３０ｍ緩衝工を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 微気圧波の圧力勾配が従来例と同じになる到達速度を求めるための説明図である。

符号の説明

Ｚ１ 先頭部分
Ｚ１１ 前側の横断面積増加部分
Ｚ１２ 後側の横断面積増加部分
Ｚ２ 一般部分
１ 鉄道先頭車両
２ 車体
２Ａ 車体本体
２Ｂ 可動式カバー
１１ 連結器
１２ 特高圧分併装置（分割併合装置）
１３ 台枠
１４ 排障装置
１５ スノウプラウ

Claims (3)

1. 台枠の下方であって排障装置の前側に除雪機能を有するスノウプラウが設けられ、車体の横断面積が前端から後方に向かって増加する先頭部分と、その先頭部分の後側に連続し横断面積が最大で一様となる一般部分とを備える鉄道先頭車両の車体構造であって、
   前記先頭部分に分割併合装置が設けられ、
   前記先頭部分が、前記分割併合装置及びスノウプラウを覆う構成とされると共に、横断面積増加率が大きい前側の横断面積増加部分と、この前側の横断面積増加部分に連続し前記前側の横断面積増加部分よりも横断面積増加率が小さい後側の横断面積増加部分とを有し、
   前記スノウプラウを覆う部分は、その他の部分と分割して形成され、前記スノウプラウを覆う第１の位置と、前記スノウプラウを露出させる第２の位置との間を移動可能に構成され、
   前記前側の横断面積増加部分は、車体前後方向において先端から１．０ｍ程度までの範囲で、横断面積が０ｍ ² から３ｍ ² 付近の値まで変化し、かつ横断面積増加率が、４．０ｍ ² ／ｍ程度から２．０ｍ ² ／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、前記横断面積が３ｍ ² 付近の値を変曲点として大きく低下する構成とされ、
   緩衝工のないトンネルに突入する場合にその突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、前側の横断面積増加部分と後側の横断面積増加部分との境界付近において最大値をとり、一般部分に向かって小さくなるが、後側の横断面積増加部分において一旦小さくなった後に再び大きくなるように、前記先頭部分の横断面積が変化していることを特徴とする鉄道先頭車両の車体構造。
2. 前記後側の横断面積増加部分において前記圧縮波の圧力勾配が一旦小さくなった後に再び大きくなるのは、前記圧力勾配が最大値になった後に圧力勾配が前記最大値の８０％付近の値になるときに生ずる請求項１記載の鉄道先頭車両の車体構造。
3. 前記前側の横断面積増加部分に、前記分割併合装置が配置されている請求項１または２記載の鉄道先頭車両の車体構造。

Images