JP7389325B2 - 鉄道車両及び列車 - Google Patents

Description

本開示は、鉄道車両及び列車に関する。

近年の鉄道車両の高速化に伴い、鉄道車両から発生する騒音の低減に対する要求が高まっている。鉄道車両からは様々な要因で騒音が発生するが、高速で走行する鉄道車両では、台車領域から発生する空力音が支配的な騒音源となる。そのため、台車領域における空力音の低減が望まれる。

例えば、特許文献１では、鉄道車両の下部に空力音低減部を設ける技術が提案されている。この空力音低減部は、傾斜部と、網状部とを含む。傾斜部及び網状部は、鉄道車両の車体の底面において、キャビティに収容された台車の前方及び後方に設けられている。特許文献１によれば、傾斜部が台車から気流を逸らし、網状部が気流の速度を低下させることにより、台車領域における低中周波数域の空力音成分が低減され、空力音が緩和される。

特許文献２では、台車の前端部及び後端部をカバーで覆う技術が提案されている。このカバーは、鉄道車両の走行中、台車の構成部品に空気が当たらないように空気の流れ方向を変化させる形状に形成されている。特許文献２によれば、カバーによって台車の構成部品への空気の衝突が抑制されるため、台車から発生する空力音を低減することができる。

特許文献３では、鉄道車両の下部に風速低減部を設ける技術が提案されている。この風速低減部は、傾斜部と、側板部と、を含む。傾斜部は、鉄道車両の車体の底面において、台車を収容するキャビティの前端及び後端に設けられている。側板部は、キャビティ内の台車を両側方から覆う。特許文献３によれば、傾斜部は、車体の底面に沿って流れる空気の乱れ及び剥離を抑制することができ、側板部は、車体の側面を流れる空気の剥離を抑制することができる。

特許第４３３１０２５号公報 国際公開第２０１８／０４３０１０号 特開２００６－２７３２９４号公報

台車領域から発生する空力音は、鉄道車両が高速で走行するほど大きくなる。また、鉄道車両が高速で走行するほど、鉄道車両から発生する騒音全体に対して台車領域の空力音が占める割合も大きくなる。そのため、鉄道車両が高速化するほど、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することが必要となる。

本開示は、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することができる鉄道車両及び列車を提供することを課題とする。

本開示に係る鉄道車両は、車体と、台車と、複数の付加部材と、を備える。車体は、その底面にキャビティを有する。台車は、キャビティ内に収容される。複数の付加部材は、鉄道車両の走行方向においてキャビティの前方に配置される。複数の付加部材は、当該走行方向に間隔を空けて並ぶように車体の底面に取り付けられる。付加部材の各々は、車体の幅方向に延びている。付加部材の各々は、鉄道車両の走行方向の前側に傾斜面を有する。傾斜面は、下方に向かうにつれてキャビティに近づく。

本開示に係る列車は、複数の鉄道車両によって編成される。列車は、第１鉄道車両と、第２鉄道車両と、を含む。第１鉄道車両は、列車が長手方向の一方側に向かって走行するときに先頭に位置する。第２鉄道車両は、列車が長手方向の他方側に向かって走行するときに先頭に位置する。第１及び第２鉄道車両は、それぞれ、本開示に係る鉄道車両である。

本開示に係る鉄道車両及び列車によれば、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することができる。

図１は、列車の概略構成を示す側面図である。 図２は、第１実施形態に係る鉄道車両の概略構成を示す縦断面図である。 図３は、図２に示す鉄道車両の部分拡大図である。 図４は、列車における付加部材の配置例を示す図である。 図５は、列車における付加部材の配置例を示す図である。 図６は、列車における付加部材の配置例を示す図である。 図７は、第２実施形態に係る鉄道車両の部分拡大図である。 図８は、第３実施形態に係る鉄道車両の部分拡大図である。 図９は、数値シミュレーション解析に使用した高速鉄道車両の２台車モデルの模式図である。 図１０は、数値シミュレーション解析における音圧観測点を示す模式図である。 図１１は、第１実施例について、各音圧観測点における音圧レベルを示すグラフである。 図１２は、第１実施例について、鉄道車両の進行方向における空気抵抗を示すグラフである。 図１３は、第２実施例について、前側の台車領域から発生する騒音を示すグラフである。 図１４は、第２実施例について、後ろ側の台車領域から発生する騒音を示すグラフである。 図１５は、第２実施例について、前側の台車領域の騒音及び後ろ側の台車領域の騒音の合計を示すグラフである。

実施形態に係る鉄道車両は、車体と、台車と、複数の付加部材と、を備える。車体は、その底面にキャビティを有する。台車は、キャビティ内に収容される。複数の付加部材は、鉄道車両の走行方向においてキャビティの前方に配置される。複数の付加部材は、当該走行方向に間隔を空けて並ぶように車体の底面に取り付けられる。付加部材の各々は、車体の幅方向に延びている。付加部材の各々は、鉄道車両の走行方向の前側に傾斜面を有する。傾斜面は、下方に向かうにつれてキャビティに近づく（第１の構成）。

第１の構成によれば、鉄道車両の走行方向において、台車を収容するキャビティの前方に複数の付加部材が配置されている。これらの付加部材は、鉄道車両の走行方向に間隔を空けて並んでおり、当該走行方向の前側に傾斜面を有する。各傾斜面は、下方に向かうにつれてキャビティに近づくように構成されているため、鉄道車両の走行中、キャビティに向かう空気を下方に向かって円滑に案内することができる。すなわち、付加部材の各々が、空気の流れをキャビティから逸らすように機能する。そのため、キャビティ、及びキャビティ内の台車に衝突する空気を減少させることができ、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することができる。

複数の付加部材は、キャビティに近い付加部材ほど、傾斜面の角度が小さくなるように構成されていてもよい。当該角度は、鉄道車両の走行方向の前側で、傾斜面が車体の底面に対してなす角度である（第２の構成）。

第２の構成によれば、付加部材を設置したことによって鉄道車両の走行方向における空気抵抗が増加するのを抑制することができる。これにより、鉄道車両の燃費の悪化を抑制することができる。

複数の付加部材は、キャビティに近い付加部材ほど、傾斜面の高さが大きくなるように構成されていてもよい（第３の構成）。

第３の構成であっても、第２の構成と同様、付加部材の設置に起因する空気抵抗の増加を抑制することができ、鉄道車両の燃費の悪化を抑制することができる。

複数の付加部材において、傾斜面の高さ、及び車体の底面に対する傾斜面の角度は互いに等しくすることもできる（第４の構成）。

第４の構成によれば、台車領域の空力音をより低減することができる。

実施形態に係る列車は、複数の鉄道車両によって編成される。列車は、第１鉄道車両と、第２鉄道車両と、を含む。第１鉄道車両は、列車が長手方向の一方側に向かって走行するときに先頭に位置する。第２鉄道車両は、列車が長手方向の他方側に向かって走行するときに先頭に位置する。第１及び第２鉄道車両は、それぞれ、上述した鉄道車両である（第５の構成）。

第５の構成によれば、第１鉄道車両を先頭に、長手方向の一方側に向かって列車が走行したとき、第１鉄道車両の付加部材により、車体の底面に沿って流れる空気が下方に案内される。一方、第２鉄道車両を先頭に、長手方向の他方側に向かって列車が走行したときも、第２鉄道車両の付加部材により、車体の底面に沿って流れる空気は下方に案内される。すなわち、列車がいずれの方向に走行する場合であっても、列車の先頭側で、空気の流れをキャビティ及び台車から逸らすことができる。よって、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することができる。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。各図において同一又は相当の構成については同一符号を付し、同じ説明を繰り返さない。

［第１実施形態］
図１は、列車１００の概略構成を示す側面図である。図１に示すように、列車１００は、複数の鉄道車両１０によって編成される。複数の鉄道車両１０は、列車１００の走行方向に一列に並んでいる。隣り合う鉄道車両１０同士は互いに連結されている。以下、列車１００及び鉄道車両１０の走行方向における前後を単に前後といい、列車１００及び鉄道車両１０の上下を単に上下という。

図２において、列車１００に含まれる複数の鉄道車両１０の１つを示す。図２は、鉄道車両１０の概略構成を示す縦断面図である。縦断面とは、鉄道車両１０の走行方向に沿った切断面をいう。

図２を参照して、鉄道車両１０は、車体１と、台車２と、複数の付加部材３と、を備える。

車体１の底面１１は、鉄道車両１０が走行する軌道に対向する。車体１は、底面１１にキャビティ１２ｆ，１２ｒを有する。キャビティ１２ｆ，１２ｒは、車体１の底面１１に形成された凹部である。キャビティ１２ｆは、車体１の前部に設けられる。キャビティ１２ｒは、車体１の後部に設けられる。キャビティ１２ｆ，１２ｒの各々には、台車２が収容されている。

キャビティ１２ｆ，１２ｒの各々は、前面１２１と、後面１２２と、上面１２３と、側面１２４とによって画定される。前面１２１及び後面１２２は、それぞれ、台車２の前方及び後方に配置されている。上面１２３は、台車２の上方に配置され、前面１２１から後面１２２まで延びている。側面１２４は、台車２の両側方に配置され、前面１２１、後面１２２、及び上面１２３と接続される。

キャビティ１２ｆの前方には、複数の付加部材３が配置されている。キャビティ１２ｒの前方にも、複数の付加部材３が配置されている。本実施形態の例では、キャビティ１２ｆの前方及びキャビティ１２ｒの前方に、それぞれ３つの付加部材３が配置されている。ただし、付加部材３の数は、これに限定されるものではない。キャビティ１２ｆ，１２ｒの前方には、４つ以上の付加部材３が配置されていてもよいし、２つの付加部材３が配置されていてもよい。

複数の付加部材３は、車体１の底面１１に取り付けられている。すなわち、これらの付加部材３は、車体１の底面１１から下方に突出する。付加部材３は、車体１と別体であってもよいし、車体１と一体的に形成されていてもよい。付加部材３の各々は、車体１の幅方向に延びている。各付加部材３は、車体１の幅方向において、少なくとも台車２の一方側の車輪から他方側の車輪まで延びている。

本実施形態において、特に必要がないときは、キャビティ１２ｆ，１２ｒを区別せず、キャビティ１２と総称する。図３は、キャビティ１２及びその近傍部分の拡大図である。図３を参照して、キャビティ１２の前方に配置された付加部材３について詳細に説明する。

図３では、複数の付加部材３に異なる符号３ａ，３ｂ，３ｃを付し、付加部材３を区別する。図３に示すように、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、鉄道車両１０の走行方向に間隔を空けて並んでいる。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、キャビティ１２に向かってこの順で配置されている。キャビティ１２に最も近い付加部材３ｃは、好ましくは、キャビティ１２の前端に配置される。すなわち、付加部材３ｃは、キャビティ１２の前面１２１と車体１の底面１１との角部に接するように、底面１１に取り付けられることが好ましい。

本実施形態において、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、等間隔で配列されている。しかしながら、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、異なる間隔で配列されていてもよい。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、鉄道車両１０の走行方向における台車２の長さよりも短い間隔で配列されることが好ましい。特に限定されるものではないが、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの各間隔は、例えば、鉄道車両１０の走行方向における台車２の長さの１／２倍である。

付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの各々は、その前側に傾斜面３１を有する。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの各々において、傾斜面３１は、キャビティ１２の逆側に配置される。傾斜面３１は、車体１の幅方向に延びる各付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの全長に亘って設けられる。傾斜面３１の上端は、実質的に車体１の底面１１上に位置している。傾斜面３１の上端同士の、鉄道車両の走行方向における距離ｄが付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの間隔となる。傾斜面３１は、下方に向かうにつれてキャビティ１２に近づくように、底面１１に対して傾斜する。すなわち、傾斜面３１は、斜め下向きの平面である。

傾斜面３１の高さｈ及び角度θは、適宜設定することができる。本実施形態では、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃにおいて、傾斜面３１の高さｈ及び角度θが互いに等しい。高さｈは、車体１の底面１１から傾斜面３１の下端までの鉛直方向の距離である。特に限定されるものではないが、高さｈは、例えば、５０ｍｍ～１５０ｍｍとすることができる。角度θは、車体１の底面１１に対し、鉄道車両１０の走行方向の前側で傾斜面３１がなす角度である。傾斜面３１は斜め下向きの平面であるため、角度θは鈍角となる。角度θは、例えば、１０５°～１６５°とすることができる。

本実施形態において、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの各々は、実質的に三角柱状の部材である。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、不等辺三角形状の縦断面を有する。ただし、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、二等辺三角形状の縦断面を有する部材であってもよい。あるいは、付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、板状の部材であってもよい。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの全体形状は、特に限定されるものではない。付加部材３ａ，３ｂ，３ｃは、傾斜面３１を有する部材であればよい。

以上のように、列車１００は、複数の付加部材３を備えた鉄道車両１０を含んでいる。各付加部材３は、その前側に設けられた斜め下向きの傾斜面３１により、鉄道車両１０の走行中、車体１の底面１１に沿って流れる空気を下方に案内することができる。本実施形態では、キャビティ１２の前方において、付加部材３を鉄道車両１０の走行方向に沿って並べているため、キャビティ１２に向かう空気を確実に下方に誘導することができる。よって、キャビティ１２を画定する各面１２１～１２４や、キャビティ１２内の台車２に衝突する空気を減少させることができる。その結果、鉄道車両１０において、台車領域から発生する空力音を効果的に低減することができる。

本実施形態では、複数の付加部材３において、傾斜面３１の高さｈ及び角度θが互いに等しい。付加部材３をこのように構成することで、台車領域から発生する空力音をより効果的に低減することができる。

本実施形態において、列車１００を編成する鉄道車両１０のうち、全ての鉄道車両１０が付加部材３を備えていてもよいし、一部の鉄道車両１０のみが付加部材３を備えていてもよい。列車１００において、少なくとも、長手方向の一端及び他端に配置される鉄道車両１０が付加部材３を備えていることが好ましい。すなわち、少なくとも、列車１００が長手方向の一方側に向かって走行するときに先頭に位置する鉄道車両１０と、長手方向の他方側に向かって走行するときに先頭に位置する鉄道車両１０とに、付加部材３が設けられることが好ましい。列車１００における付加部材３の配置例を図４～図６に示す。

図４に示す列車１００Ａでは、列車１００Ａを編成する鉄道車両１０の全てが付加部材３を備える。例えば、列車１００Ａが矢印Ａ１の方向に走行すると仮定すると、列車１００Ａのうち長手方向の中心位置Ｃよりも前側の領域Ｒ１では、各キャビティ１２の前方に複数の付加部材３が設けられ、各キャビティ１２の後方には付加部材３が存在しない。一方、列車１００Ａのうち中心位置Ｃよりも後ろ側の領域Ｒ２では、各キャビティ１２の後方に複数の付加部材３が設けられ、各キャビティ１２の前方には付加部材３が存在しない。

列車１００Ａが走行方向Ａ１に走行した場合、前側の領域Ｒ１では、各キャビティ１２の前方で付加部材３が空気を下方に案内し、台車領域から発生する空力音を低減させる。前側の領域Ｒ１において付加部材３が空気を下方に案内することにより、車体１の底面１１に沿って流れる空気が十分に減速される。このため、後ろ側の領域Ｒ２では、各キャビティ１２の後方にのみ付加部材３が配置されているにもかかわらず、キャビティ１２及び台車２に衝突する空気の流速が減少する。よって、後ろ側の領域Ｒ２においても、台車領域から発生する空力音を低減させることができる。

列車１００Ａが矢印Ａ１と逆方向（矢印Ａ２の方向）に走行した場合も同様に、前側となった領域Ｒ２において、付加部材３が空気を下方に案内し、車体１の底面１１に沿って流れる空気を減速させる。よって、走行方向Ａ２において後ろ側の領域Ｒ１では、各キャビティ１２の後方にのみ付加部材３が配置されているにもかかわらず、台車領域から発生する空力音を低減させることができる。

図５に示す列車１００Ｂでも、列車１００Ｂを編成する鉄道車両１０の全てが付加部材３を備える。列車１００Ｂが走行方向Ａ１に走行すると仮定すると、列車１００Ｂの複数のキャビティ１２のうち、最前端のキャビティ１２に関しては、その前方にのみ複数の付加部材３が設けられる。最後端のキャビティ１２に関しては、その後方にのみ複数の付加部材３が設けられる。その他のキャビティ１２の前方及び後方には、少なくとも１つの付加部材３が設けられている。

列車１００Ｂが走行方向Ａ１に走行した場合、車体１の底面１１に沿って流れる空気は、まず、最前端のキャビティ１２の前方に配置された付加部材３によって下方に案内される。さらに、後続のキャビティ１２の前方に配置された付加部材３が空気を下方に案内する。そのため、台車領域から発生する空力音を低減することができる。

列車１００Ｂが逆方向Ａ２に走行する際には、走行方向Ａ１において最後端であったキャビティ１２が最前端のキャビティ１２となる。走行方向Ａ２において、このキャビティ１２の前方には、複数の付加部材３が存在する。よって、列車１００Ｂが走行方向Ａ２に走行する場合も、これらの付加部材３により、車体１の底面１１に沿って流れる空気が下方に案内される。さらに、後続のキャビティ１２の前方に配置された付加部材３が空気を下方に案内する。そのため、台車領域から発生する空力音を低減することができる。

図６に示す列車１００Ｃでは、列車１００Ｃを編成する鉄道車両１０の一部が付加部材３を備える。列車１００Ｃでは、長手方向の一端及び他端に配置された鉄道車両１０のみが付加部材３を備える。より詳細には、走行方向Ａ１において最前端及び最後端のキャビティ１２の近傍にのみ、付加部材３が配置されている。走行方向Ａ１において最前端のキャビティ１２に関しては、その前方にのみ複数の付加部材３が設けられている。最後端のキャビティ１２に関しては、その後方にのみ複数の付加部材３が設けられている。

列車１００Ｃが走行方向Ａ１に走行した場合、車体１の底面１１に沿って流れる空気は、最前端のキャビティ１２の前方に配置された複数の付加部材３により、各キャビティ１２及び各台車２よりも上流側で下方に案内される。よって、台車領域から発生する空力音を低減することができる。

列車１００Ｃが逆方向Ａ２に走行する際には、走行方向Ａ１において最後端であったキャビティ１２が最前端のキャビティ１２となる。走行方向Ａ２において、このキャビティ１２の前方には、複数の付加部材３が存在する。よって、列車１００Ｃが走行方向Ａ２に走行する場合も、これらの付加部材３により、車体１の底面１１に沿って流れる空気は、各キャビティ１２及び各台車２よりも上流側で下方に案内される。そのため、台車領域から発生する空力音を低減することができる。

［第２実施形態］
図７は、第２実施形態に係る鉄道車両１０Ａの概略構成を示す縦断面図である。図７において、鉄道車両１０Ａのキャビティ１２及びその近傍部分を拡大して示す。鉄道車両１０Ａは、付加部材４の構成において、第１実施形態に係る鉄道車両１０と異なる。図７では、複数の付加部材４に異なる符号４ａ，４ｂ，４ｃを付し、付加部材４を区別する。

図７を参照して、各キャビティ１２の前方には、付加部材４ａ，４ｂ，４ｃが設けられている。付加部材４ａ，４ｂ，４ｃは、鉄道車両１０Ａの走行方向に間隔を空けて並んでいる。付加部材４ａ，４ｂ，４ｃは、キャビティ１２に向かってこの順で配置されている。

付加部材４ａ，４ｂ，４ｃの各々は、その前側に傾斜面４１を有する。傾斜面４１は、第１実施形態における付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの傾斜面３１（図３）と概ね同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、第１実施形態と異なり、付加部材４ａ，４ｂ，４ｃにおける傾斜面４１の角度θａ，θｂ，θｃが互いに異なる。

角度θａ，θｂ，θｃは、鉄道車両１０の走行方向の前側で、付加部材４ａ，４ｂ，４ｃの傾斜面４１が車体１の底面１１に対してなす角度である。付加部材４ａ，４ｂ，４ｃのうちキャビティ１２に近いものほど、当該角度が小さくなっている。すなわち、角度θａ，θｂ，θｃのうち、キャビティ１２に最も近い付加部材４ｃにおける傾斜面４１の角度θｃが最も小さい。角度θａ，θｂ，θｃのうち、キャビティ１２から最も遠い付加部材４ａにおける傾斜面４１の角度θａが最も大きい。角度θａ，θｂ，θｃは、例えば、１０５°～１６５°の範囲で適宜設定することができる。

このように、傾斜面４１の角度θａ，θｂ，θｃをキャビティ１２に向かって徐々に小さくしていくことで、例えば、全ての傾斜面４１が角度θｃで設置される場合、つまり全ての傾斜面４１が急角度である場合と比較して、車体１の下方を流れる空気に対する抵抗を低減することができる。これにより、付加部材４の設置に起因して、鉄道車両１０Ａの燃費が悪化するのを抑制することができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係る鉄道車両１０Ｂの概略構成を示す縦断面図である。図８において、鉄道車両１０Ｂのキャビティ１２及びその近傍部分を拡大して示す。鉄道車両１０Ｂは、付加部材５の構成において、上記各実施形態に係る鉄道車両１０，１０Ａと異なる。図８では、複数の付加部材５に異なる符号５ａ，５ｂ，５ｃを付し、付加部材５を区別する。

図８を参照して、各キャビティ１２の前方には、付加部材５ａ，５ｂ，５ｃが設けられている。付加部材５ａ，５ｂ，５ｃは、鉄道車両１０Ｂの走行方向に間隔を空けて並んでいる。付加部材５ａ，５ｂ，５ｃは、キャビティ１２に向かってこの順で配置されている。

付加部材５ａ，５ｂ，５ｃの各々は、その前側に傾斜面５１を有する。傾斜面５１は、第１実施形態における付加部材３ａ，３ｂ，３ｃの傾斜面３１（図３）と概ね同様の構成を有する。ただし、本実施形態では、第１実施形態と異なり、付加部材５ａ，５ｂ，５ｃにおける傾斜面５１の高さｈａ，ｈｂ，ｈｃが互いに異なる。

高さｈａ，ｈｂ，ｈｃは、それぞれ、車体１の底面１１から付加部材５ａ，５ｂ，５ｃの傾斜面５１の下端までの鉛直方向の距離である。付加部材５ａ，５ｂ，５ｃのうちキャビティ１２に近いものほど、傾斜面５１の高さが大きくなっている。すなわち、高さｈａ，ｈｂ，ｈｃのうち、キャビティ１２に最も近い付加部材５ｃにおける傾斜面５１の高さｈｃが最も大きい。高さｈａ，ｈｂ，ｈｃのうち、キャビティ１２から最も遠い付加部材５ａにおける傾斜面５１の高さｈａが最も小さい。高さｈａ，ｈｂ，ｈｃは、例えば、５０ｍｍ～１５０ｍｍの範囲で適宜設定することができる。

このように、傾斜面５１の高さｈａ，ｈｂ，ｈｃをキャビティ１２に向かって徐々に大きくしていくことで、例えば、全ての傾斜面５１が高さｈｃを有する場合、つまり全ての傾斜面５１の高さが大きい場合と比較して、車体１の下方を流れる空気に対する抵抗を低減することができる。これにより、鉄道車両１０Ｂの燃費の悪化を抑制することができる。

本実施形態において、付加部材５ａ，５ｂ，５ｃの傾斜面５１の角度θは、互いに等しい。ただし、付加部材５ａ，５ｂ，５ｃは、傾斜面５１の高さｈａ，ｈｂ，ｈｃだけでなく、傾斜面５１の角度θが互いに異なるように構成されていてもよい。すなわち、付加部材５ａ，５ｂ，５ｃは、第２実施形態の付加部材４ａ，４ｂ，４ｃと同様、キャビティ１２に近いものほど傾斜面５１の角度θが小さくなるように構成されていてもよい。

第２実施形態に係る鉄道車両１０Ａ及び第３実施形態に係る鉄道車両１０Ｂは、第１実施形態において説明した列車１００，１００Ａ～１００Ｃに適用することができる。すなわち、列車１００，１００Ａ～１００Ｃは、付加部材３を有する鉄道車両１０に代えて、あるいは当該鉄道車両１０に加えて、鉄道車両１０Ａ及び／又は鉄道車両１０Ｂを有することができる。

以上、本開示に係る実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

以下、実施例によって本開示をさらに詳しく説明する。ただし、本開示は、以下の実施例に限定されるものではない。

［第１実施例］
商用流体解析ソフトＰｏｗｅｒＦＬＯＷ５．４ｂ（ダッソー・システムズ社製）を用い、数値シミュレーション解析を実施した。本解析では、図９に示す高速鉄道車両の２台車モデルを対象とし、３００ｋｍ／ｈで走行している状態を模擬した。解析ケースは、実施例１－１、実施例１－２、比較例１－１、及び比較例１－２の４種類である。実施例１－１では、図３に示すように、傾斜面角度θ及び傾斜面高さｈが等しい３列の付加部材３を車体１に設けた。実施例１－２では、図８に示すように、傾斜面高さｈａ，ｈｂ，ｈｃが互いに異なる３列の付加部材５を車体１に設けた。比較例１－１は、車体１に付加部材を設けない解析ケース、比較例１－２は、車体１に付加部材３を１列だけ設けた解析ケースである。実施例１－１、実施例１－２、及び比較例１－２では、キャビティ１２ｆ，１２ｒのうち、後ろ側のキャビティ１２ｒの前方にのみ、付加部材３又は５を配置した。

図１０を参照して、本解析では、軌条中心から２５ｍ、地上高さ１．２ｍの各点で音圧を観測した。音圧評価に際し、後ろ側のキャビティ１２ｒ内の台車２、及びキャビティ１２ｒの前方に配置された付加部材３，５を覆う音源面を設定し、音源面の流れ場情報を入力情報として、音圧伝播の理論式を解いて音圧を算出した。すなわち、後ろ側の台車領域から発生する騒音のみを評価した。周波数分析においては、分析対象時間を０．４秒から１．１秒までの０．７秒間、周波数範囲を１５～５０００Ｈｚ、重みづけ特性をＡ特性とした。

図１１は、各音圧観測点における音圧レベルを示すグラフである。図１１に示すように、１列の付加部材３を有する比較例１－２では、付加部材が存在しない比較例１－１と比較し音圧レベルが小さくなった。複数の付加部材３，５を有する実施例１－１及び実施例１－２では、音圧観測点全体として、比較例１－２よりも音圧レベルが小さくなった。付加部材３の傾斜面角度θ及び傾斜面高さｈが等しい実施例１－１では、音圧レベルが最も小さくなった。

この結果より、キャビティの前方に複数の付加部材を並べることで、台車領域から発生する騒音が顕著に低減されることがわかる。特に、複数の付加部材の傾斜面の角度及び高さが互いに等しい場合、台車領域から発生する騒音をより効果的に低減することができる。

図１２は、車体１の下方を流れる空気に対する抵抗（走行方向の空気抵抗）を示すグラフである。図１２からわかるように、キャビティ１２ｒに向かうにつれて付加部材５の傾斜面高さｈａ，ｈｂ，ｈｃを大きくした実施例１－２では、付加部材３の傾斜面角度θ及び傾斜面高さｈが等しい実施例１－１と比較し、走行方向の空気抵抗が有意に小さい。

よって、キャビティに近い付加部材ほど傾斜面高さを大きくすることにより、空気抵抗の増加を抑制することができるといえる。キャビティに近い付加部材ほど傾斜面角度を小さくした場合も、同様の効果が得られると推測される。

［第２実施例］
付加部材の適切な位置を検証するため、第１実施例と同様の商用流体解析ソフトを用い、高速鉄道車両の２台車モデル（図９）を対象として、数値シミュレーション解析を実施した。解析ケースは、比較例２－１、実施例２－１、及び実施例２－２の３種類である。比較例２－１では、前側のキャビティ１２ｆ及び後ろ側のキャビティ１２ｒ各々について、その前後に１列の付加部材３を配置した。実施例２－１では、キャビティ１２ｆ，１２ｒ各々の前方にのみ１列の付加部材３を配置した。実施例２－２では、キャビティ１２ｆの前方に１列の付加部材３を配置するとともに、キャビティ１２ｒの後方に１列の付加部材３を配置した。なお、実施例２－１及び実施例２－２は、あくまで付加部材の適切な位置を確認するための解析ケースであり、付加部材３が複数列であることによる効果を検証するものではないため、付加部材３が１列となっている。参考のため、付加部材を設けないケース（対照例）についても解析を実施した。

本解析では、前側の台車領域から発生する騒音と、後ろ側の台車領域から発生する騒音とをそれぞれ評価した。音圧観測点、音圧の算出方法、及び周波数分析の条件は、第１実施例と同様である。

図１３は、前側の台車領域から発生する騒音を示すグラフである。図１４は、後ろ側の台車領域から発生する騒音を示すグラフである。図１５は、前側の台車領域の騒音及び後ろ側の台車領域の騒音の合計を示すグラフである。図１３～図１５では、全音圧観測点における音圧レベルの平均値を示す。

図１３及び図１４に示すように、比較例２－１、実施例２－１、及び実施例２－２のいずれも、付加部材が存在しない対照例と比較して、前側の台車領域及び後ろ側の台車領域の双方で騒音が低減された。しかしながら、図１５に示すように、比較例２－１では、各実施例２－１及び実施例２－１と比較して、前側の台車領域及び後ろ側の台車領域を合わせた全体の騒音低減効果が小さい。これは、比較例２－１では、キャビティ１２ｆの前方に配置された付加部材３が騒音低減効果を発揮したものの、このキャビティ１２ｆの後方に配置された付加部材３に空気が衝突し、騒音が増加したためと考えられる。同様に、キャビティ１２ｒの前方に配置された付加部材３が騒音低減効果を発揮する一方、このキャビティ１２ｒの後方に配置された付加部材３が騒音を増加させたと推測される。

図１３及び図１４に示すように、前側の台車領域から発生する騒音の方が後ろ側の台車領域から発生する騒音よりも大きい。そのため、全体騒音を低減するためには、前側の台車領域の騒音を低減することが重要である。比較例２－１では、実施例２－２と比較して後ろ側の台車領域の騒音低減効果が大きいが、実施例２－１及び実施例２－２と比較して前側の台車領域の騒音低減効果は小さい。そのため、図１５に示すように、実施例２－１及び実施例２－２では、台車領域全体としての騒音低減効果が比較例２－１よりも大きくなっている。

実施例２－２では、後ろ側のキャビティ１２ｒの後方（空気の流れの下流側）に付加部材３が配置されているにもかかわらず、後ろ側の台車領域の騒音が低減された（図１４）。これは、前側のキャビティ１２ｆの上流側に配置された付加部材３により、後ろ側のキャビティ１２ｒに収容された台車２に衝突する空気の流速が低下したためである。よって、前側の台車領域に配置される付加部材３は、後ろ側の台車領域における騒音低減にもよい影響を及ぼすことを確認することができた。

以上より、キャビティの前後に付加部材を設けるのではなく、キャビティの前方にのみ付加部材を設けることにより、台車領域の騒音を効果的に低減することができるといえる。複数のキャビティを含む鉄道車両及び列車においては、キャビティの位置を考慮して付加部材を配置することが好ましい。例えば、複数の鉄道車両によって列車が編成される場合、少なくとも、列車の長手方向の両端に配置される鉄道車両に付加部材が設けられる。より詳細には、少なくとも、列車が長手方向の一方側に走行する際に前端に位置するキャビティの前方と、列車が長手方向の他方側に走行する際に前端に位置するキャビティの前方とに付加部材が設けられることが好ましい。

１００，１００Ａ～１００Ｃ：列車
１０，１０Ａ，１０Ｂ：鉄道車両
１：車体
１１：底面
１２，１２ｆ，１２ｒ：キャビティ
２：台車
３，３ａ～３ｃ，４，４ａ～４ｃ，５，５ａ～５ｃ：付加部材
３１，４１，５１：傾斜面

Claims (3)

1. 鉄道車両であって、
   底面にキャビティを有する車体と、
   前記キャビティ内に収容される台車と、
   前記鉄道車両の走行方向において前記キャビティの前方に配置され、前記走行方向に間隔を空けて並ぶように前記車体の前記底面に取り付けられる複数の付加部材と、
   を備え、
   前記付加部材の各々は、前記車体の幅方向に延びており、前記走行方向の前側に、下方に向かうにつれて前記キャビティに近づく傾斜面を有し、
   前記複数の付加部材は、前記キャビティに近い付加部材ほど、前記傾斜面が前記車体の前記底面に対して前記走行方向の前側でなす角度が小さくなるように構成される、鉄道車両。
2. 鉄道車両であって、
   底面にキャビティを有する車体と、
   前記キャビティ内に収容される台車と、
   前記鉄道車両の走行方向において前記キャビティの前方に配置され、前記走行方向に間隔を空けて並ぶように前記車体の前記底面に取り付けられる複数の付加部材と、
   を備え、
   前記付加部材の各々は、前記車体の幅方向に延びており、前記走行方向の前側に、下方に向かうにつれて前記キャビティに近づく傾斜面を有し、
   前記複数の付加部材は、前記キャビティに近い付加部材ほど、前記傾斜面の高さが大きくなるように構成される、鉄道車両。
3. 複数の鉄道車両によって編成される列車であって、
   前記列車が長手方向の一方側に向かって走行するときに先頭に位置する第１鉄道車両と、
   前記列車が前記長手方向の他方側に向かって走行するときに先頭に位置する第２鉄道車両と、
   を含み、
   前記第１及び第２鉄道車両は、それぞれ、請求項１又は２に記載の鉄道車両である、列車。

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