JP4887545B2 - 鉄道用車両 - Google Patents

Description

本発明は、空気等の流体中を移動する移動体に関するもので、特に、高速鉄道用車両に適用して有効である。

航空機等の高速で移動する移動体では、ピトー管を用いて移動体周りの空気の流速を検出することにより、移動体の速度を検出している（例えば、特許文献１参照）。
なお、ピトー管とは、周知のごとく、動圧と静圧との圧力差に基づいて流体の流速を検出する一種の差圧計である。
実開平５−３２３００号公報

ところで、ピトー管は、管（パイプ）の先端側に、圧力を導入するための複数個の孔が設けられており、通常、これら複数個の孔のうち１つの孔が移動体の移動方向と一致する方向に開口し、他の孔が移動方向と交差する方向に向けて開口している。

しかし、ピトー管を移動体に取り付けると、ピトー管のうち移動方向と交差する部分により気流が乱され、空力音が発生してしまう。
本発明は、上記点に鑑み、空力音の発生を抑制しつつ、移動体周りの空気の流速を検出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、請求項１に記載の発明では、移動方向先端側に向かうほど断面積が縮小する先端部を、車両の移動方向前端に有する鉄道用車両であって、先端部に設けられ、互いにずれた位置にて先端部周りを流れる流体の圧力を検出する少なくとも３つの圧力検出手段と、圧力検出手段にて検出された圧力に基づいて、流体の流速を算出する流速算出手段とを備え、３つの圧力検出手段のうち、第１圧力検出手段は、先端部の最先端に設けられ、さらに、３つの圧力検出手段のうち第１圧力検出手段以外の他の圧力検出手段それぞれは、水平方向において、第１圧力検出手段を挟んで対称の位置に配設されていることを特徴とする。

これにより、請求項１に記載の発明では、移動方向先端側に向かうほど断面積が縮小する鉄道用車両の先端部それ自体がピトー管として機能するので、鉄道用車両の外板部分に、別途、ピトー管を設ける必要がない。したがって、ピトー管による気流の乱れは、原理的に発生しないので、空力音の発生を抑制しつつ、移動体周りの空気の流速を検出することができる。

請求項２に記載の発明では、３つの圧力検出手段に加え、更に２つの圧力検出手段を備えており、２つの圧力検出手段それぞれは、鉛直方向において、第１圧力検出手段を挟んで対称の位置に配設されて先端部周りを流れる流体の圧力を検出することを特徴とする。

本実施形態は、本発明に係る移動体を高速鉄道車両（新幹線）に適用したものであり、以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（第１実施形態）
１．図面の説明
図１は本実施形態に係る鉄道車両（以下、車両という。）の先端部１の斜視図であり、図２（ａ）は先端部１の上面図であり、図２（ｂ）は先端部１の右側面図であり、図３は車両周りの流速を検出するために電気系ブロック図である。

２．車両周りの流速を検出するための具体的構成
車両の先端部１は、図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、車両の移動方向先端側（前方側）に向かうほど断面積が縮小するような形状となっている。

なお、本実施形態に係る車両の先端部１は、いわゆる流線型とは異なる形状であるが、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、前方側に向かうほど断面積が縮小するような滑らかな曲面にて構成されている。

そして、先端部１には、図１に示すように、５つの圧力センサＳ１〜Ｓ５が互いにずれた位置に取り付けられており、これら５つの圧力センサＳ１〜Ｓ５のうち第１圧力センサＳ１は先端部１の最先端に取り付けられ、他の４つの圧力センサＳ２〜Ｓ５は、第１圧力センサＳ１を挟んで対称となる位置に取り付けられている。

すなわち、第１圧力センサＳ１は、先端部１の最先端、つまり車両の移動方向に対して直交する仮想面Ｓ（図２（ｂ）参照）と接する部位に設けられている。
そして、第２圧力センサＳ２及び第４圧力センサＳ４それぞれは、水平方向において、第１圧力センサＳ１を挟んで対称の位置に配設され、第３圧力センサＳ３及び第５圧力センサＳ５それぞれは、鉛直方向において、第１圧力センサＳ１を挟んで対称の位置に配設されている。

また、各圧力センサＳ１〜Ｓ５により検出された圧力信号は、図３に示すように、インタフェース３を介して演算回路５に入力され、演算回路５は、各圧力センサＳ１〜Ｓ５により検出された圧力に基づいて、５孔ピトー管において用いられる周知の算出手法に従って車両周りの空気の流速を演算する。

なお、演算回路５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータにて構成されたものであり、演算処理に用いられるプログラム、及び圧力係数等の諸定数はＲＯＭに記憶されている。

３．本実施形態に係る鉄道車両の特徴
本実施形態では、先端部１は、前方側に向かうほど断面積が縮小するような滑らかな曲面にて構成されているので、この先端部１に５つの圧力センサＳ１〜Ｓ５を取り付けることにより、先端部１それ自体が５孔ピトー管として機能する。

したがって、車両の外板部分に、別途、５孔ピトー管を設ける必要がないので、５孔ピトー管による気流の乱れは、原理的に発生しないので、空力音の発生を抑制しつつ、移動体周りの空気の流速を検出することができる。

４．発明特定事項と実施形態との対応関係
本実施形態では、圧力センサＳ１〜Ｓ５が特許請求の範囲に記載された圧力検出手段に相当し、演算回路５が特許請求の範囲に記載された流速算出手段に相当する。

（第２実施形態）
第１実施形態では、車両の先端部１に５つの圧力センサＳ１〜Ｓ５を取り付けたが、本実施形態は、図４に示すように、車両の先端部側に設けられた、移動方向と交差する方向（本実施形態では、鉛直方向上方側）に突出した略円筒状の突起部７の側面に、３つの圧力センサＳ１、Ｓ２、Ｓ４を設けたものである。

因みに、本実施形態に係る突起部７は無線用のアンテナであり、この突起部７は、通常、車両先端側天井部の外板に設けられているとともに、移動方向先端側に向かうほど断面積が縮小するような形状（本実施形態では、円筒状）となっている。

なお、本実施形態では、図５に示すように、第１圧力センサＳ１に対して鉛直方向にずれた位置に設けられた第３圧力センサＳ３及び第５圧力センサＳ５は設けられていないので、３孔ピトー管用のプログラムにて演算処理が実行されて車両周りの空気の流速が算出される。

以上のように、本実施形態では、車両の先端側に設けられている既存の突起部７それ自体が３孔ピトー管として機能するので、車両の外板部分に、別途、３孔ピトー管を設ける必要がない。したがって、３孔ピトー管による気流の乱れは、原理的に発生しないので、空力音の発生を抑制しつつ、移動体周りの空気の流速を検出することができる。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、鉄道車両に本発明を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、航空機に適用することができる。

また、上述の実施形態では、先端部１又は突起部７に圧力センサを取り付けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、圧力センサを取り付けた部位に相当する部位に圧力を導入するチューブを取り付け、このチューブを介して圧力を圧力センサにて検出してもよい。

また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１実施形態に係る鉄道車両の先端部１の斜視図である。 （ａ）は先端部１の上面図であり、（ｂ）は先端部１の右側面図である。 流速を検出するために電気系ブロック図である。 本発明の第２実施形態に係る鉄道車両の先端部１の斜視図である。 突起部７の拡大図である。

符号の説明

１…先端部、３…インタフェース、５…演算回路、７…突起部、Ｓ１〜Ｓ５…圧力センサ。

Claims (2)

1. 移動方向先端側に向かうほど断面積が縮小する先端部を、車両の移動方向前端に有する鉄道用車両であって、
   前記先端部に設けられ、互いにずれた位置にて前記先端部周りを流れる流体の圧力を検出する少なくとも３つの圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段にて検出された圧力に基づいて、前記流体の流速を算出する流速算出手段とを備え、
   前記３つの圧力検出手段のうち、第１圧力検出手段は、前記先端部の最先端に設けられ、
   さらに、前記３つの圧力検出手段のうち前記第１圧力検出手段以外の他の圧力検出手段それぞれは、水平方向において、前記第１圧力検出手段を挟んで対称の位置に配設されていることを特徴とする鉄道用車両。
2. 前記３つの圧力検出手段に加え、更に２つの圧力検出手段を備えており、
   前記２つの圧力検出手段それぞれは、鉛直方向において、第１圧力検出手段を挟んで対称の位置に配設されて前記先端部周りを流れる流体の圧力を検出することを特徴とする請求項１に記載の鉄道用車両。

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