JPH07172311A - 低空力音移動体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空力騒音の発生を抑制することのできる低空
力音移動体を提供すること。 【構成】 鉄道車両１は、走行中に発生する空力音（剥
離音）を抑制するべく、車両３の連結部分に設けられる
車端ホロ１１，パンタカバー１３，台車側面カバー１
５，吸排気口１７に金属メッシュ（網状体）が設けられ
たものである。このうち、車端ホロ１１は、車両３の端
部３ａの周縁部に沿って突設され、車両３の連結部分の
隙間をカバーするものであり、その表面は金属メッシュ
（網状体）にて覆われている。この金属メッシュは、Ｓ
ＵＳ３０４よりなる素線を織って形成されたもの（織金
網）であり、表面に溶接によって固定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄道車両、自動
車、航空機等の高速で移動する移動体に係わり、詳しく
は移動中に発生する空力騒音を抑制することのできる低
空力音移動体に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
高速化する鉄道車両の車外騒音問題においては、車輪と
レール間等から発生する騒音に比べて、車両の周りから
発生する騒音の問題がより大きくなっており、中でも、
走行中に発生する風切音等の空力音の低減が大きな課題
となっている。この空力音は、車両の外側表面の各部に
空気流が当たることによって発生するものであり、この
ような空力音が発生する場所としては、車体表面の角部
や急な曲面部の他に、車両の外側に設けられる取手，踏
台，アンテナ等の各種部品や、吸排気口、放熱口、点検
口等の開口部の端部表面等が挙げられる。

【０００３】よって、空力音の発生を抑制するために
は、車両の外側に上述のような部品や開口部を設けず
に、車両をなるべく流線型化する必要があるが、特に鉄
道車両においては、このような流線型化が構造上、保守
取扱上、製作精度上、コスト上容易ではなかった。

【０００４】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、空力騒音の発生を抑制することのできる低空力音移
動体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の請求項１の発明は、高速で移動する移動体の外側表面
のうち、空気流の剥離が発生する部位の表面を網状の構
造としたことを特徴とする低空力音移動体を要旨とす
る。

【０００６】また、請求項２の発明は、高速で移動する
移動体の外側表面のうち、空気流の剥離が発生する部位
の表面に微小凹凸を設けたことを特徴とする低空力音移
動体を要旨とする。また、請求項３の発明は、高速で移
動する移動体の外側表面に設けられる開口部を、該移動
体の表面形状に沿うように網状体にて覆ったことを特徴
とする低空力音移動体を要旨とする。

【０００７】ここで、前記高速で移動する移動体とは、
その移動中に空力音が発生する程度の速度で移動するも
のであり、より具体的には、鉄道車両，自動車，航空機
等が挙げられる。また、前記空気流の剥離が発生する部
位とは、移動体の外側表面に沿って流れる空気流が途中
でその表面から剥がれる（いわゆる剥離を起こす）よう
な部位であり、例えば移動体の外側表面の角部や曲面部
等が挙げられる。より具体的には、例えば鉄道車両であ
れば、車両の外側に設けられるパンタカバーや車端ホロ
の角部や端部の表面、取手，踏台，アンテナ等の各種取
付部品の表面、あるいは吸排気口，放熱口，点検口等の
開口部の端部表面等が挙げられる。

【０００８】前記剥離が発生する部位の表面を網状構造
とする場合は、その表面を金属メッシュ等の網状体にて
被覆してもよいし、その部位の表面自体を網状体によっ
て形成してもよい。表面を網状体にて被覆する場合は、
例えば金属メッシュ等の網状体を各部表面に溶接や接着
等で固定すればよい。尚、網状体を点溶接等で部分的に
固定したり、あるいは針金で部材に縛って固定すること
によって、表面と網状体との間をできるだけ浮かせて設
ければ、空力音の抑制効果が一層向上するので好まし
い。

【０００９】前記微小凹凸としては、その形状に特に限
定はないが、例えば表面に高さが１〜２mm程度の微小突
起（凸部）を設けたり、ゴルフボールの表面のディンプ
ルのような深さ２〜５mm程度の微小な凹部を設けてもよ
い。微小突起を設ける場合は、例えば表面にピンを突設
したり、適当な粒径の粒子（例えば砂粒等）を混入した
塗料を塗布すればよい。尚、これらの微小凹凸を設ける
場合は、凹凸を規則的に（列を成すように）配置して設
けてもよいし、ランダムに（即ち凹凸相互の距離がラン
ダムになるように）設けてもよい。

【００１０】前記移動体の外側表面に設けられる開口部
としては、例えば吸排気口、放熱口、点検口、台車の側
方に設けられる開口部（切欠部）等が挙げられる。

【００１１】

【作用】移動体における空力騒音の発生機構としては、
理論的には以下の２つが考えられる。 図１０（ａ）に示すように、空気の流れに直角な凹部
１０１にて、この凹部の深さの１／４の波長の圧力波が
共鳴することによって、空洞共鳴音が発生する。

【００１２】図１０（ｂ）に示すように、角部１０３
（あるいは急な曲面部等）にて、表面に沿って流れる空
気流が剥離を起こし、これによって渦が発生して剥離音
が生じる。 本発明は、上記空力騒音のうち、特にの剥離音を抑制
するものであり、請求項１の発明においては表面を網状
の構造とすることによって、また、請求項２の発明にお
いては表面に微小凹凸を設けることによって、空気流の
剥離を抑制するとともに、空気流の剥離により発生した
渦を吸収し、更には発生した剥離の再付着を促進するこ
とによって、剥離音の発生を抑制するものである。

【００１３】また、特に表面を網状体で覆うことによっ
て網状構造する場合、上述のように表面と網状体との間
を浮かせて設ければ、表面と網状体の隙間を空気が流れ
ることにより、空気流の剥離が一層効果的に抑制され、
更には、微小な渦の発生や空気流の乱れが網状体を振動
させるので、空力音のエネルギーが網状体の振動エネル
ギーひいては熱に変換されて発散される。よって、音源
である渦の発生が効果的に抑制されて、剥離音の発生が
一層抑制される。

【００１４】更に、表面に微小凹凸を設けた場合、特に
空気流の微小な剥離が促進されるので、発生する渦が小
さなものとなり、空力音の発生を抑制することができ
る。更に、粒子を混入した塗料を塗布する等して表面に
ランダムに微小凹凸を設けた場合、各部表面より発生す
る周期的な渦の発生を周期的な抑えて、剥離音の発生を
抑制することができる。

【００１５】また、請求項３の発明によれば、移動体の
外側表面に設けられる開口部を、この移動体の表面形状
に沿うように網状体にて覆うことにより、開口部の周囲
の空気の流れを整流して、開口部の端部等にて発生する
剥離音を抑制することができる。更に、開口部が吸排気
口や放熱口等である場合は、網状体を通して空気や熱の
出入りを良好に行うことができるので、開口部の本来の
機能を損なうことなく、剥離音を抑制することが可能と
なる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、本実施例の鉄道車両１は、走
行中に発生する空力音（剥離音）を抑制するべく、車両
３の連結部分に設けられる車端ホロ１１，パンタカバー
１３，台車側面カバー１５，吸排気口１７に金属メッシ
ュ（網状体）Ｍが設けられたものである。

【００１７】以下、各部構成について詳細に説明する。
まず、連結部分の車端ホロ１１は、図２の斜視図及び図
３の断面図に拡大して示すように、車両３の端部３ａの
周縁部に沿って突設され、車両３の連結部分の隙間をカ
バーするゴム製の部材である。そして、この車端ホロ１
１の表面は金属メッシュＭにて覆われている。この金属
メッシュＭは、ＳＵＳ３０４よりなる素線を織って形成
されたもの（織金網）であり、図３に示すように、車両
３の端部３ａの外側面３ｂと、車端ホロ１１の外側面１
１ａ及び断面曲面状の端部１１ｃとを覆うように設けら
れ、接着又はねじ止めによって固定されている。尚、こ
の金属メッシュＭとしては、素線径が約０.１９〜０.５
６mm、目開き（網目の内辺１辺の寸法）が約０.４４〜
１.５６mm、粗さが＃２４〜＃３６のものが用いられ
る。

【００１８】そして、このように車端ホロ１１の端部１
１ｃを金属メッシュＭにて覆うことにより、端部１１ｃ
にて発生する剥離音を抑制することができる。つまり、
車両３の走行中においては、図３に矢印で示すように、
対向する車端ホロ１１の隙間を空気流が通過するので、
端部１１ｃにて空気流の剥離が生じ易くなるが、端部１
１ｃを金属メッシュＭで覆うことによって、この剥離に
よる空力音の発生を抑制することができるという効果が
ある。

【００１９】尚、上記実施例において、表面を金属メッ
シュＭで覆う代わりに、例えば粒径１〜２mm程度の粒子
（例えば砂粒等）を混入した塗料を塗布することによっ
て、車端ホロ１１の表面に微小突起を設けてもよい。こ
の場合も、金属メッシュＭの場合と同様に剥離音の発生
を抑制することができるという効果がある。

【００２０】次に、パンタカバー１３は、図４の斜視図
に示すように、パンタグラフ２０に当たる空気流の流速
を弱めるために設けられるものであり、パンタグラフ２
０の前方及び後方に設けられるはね上げ部２１と、左右
両側に立設される側板部２３とからなるものである。

【００２１】ここで、図５のＡ−Ａ断面図に示すよう
に、はね上げ部２１の下部２１ｂは金属板２１ｃによっ
て形成されているが、その上側の上端部２１ａは金属メ
ッシュＭによって形成されている。つまり、上端部２１
ａは、はね上げ部２１の形状に沿うように断面略三角形
に形成された籠状の強度部材２２の外側周囲に金属メッ
シュＭが固定されたものである。よって、走行中は、空
気流（図５に矢印で示す）がはね上げ部２１の表面に沿
って流れて上方にはね上げられるとともに、所定量の空
気流が上端部２１ａの金属メッシュＭを通過して、パン
タグラフ２０に当たることになる。

【００２２】また、パンタカバー１３の側板部２３は、
全体が金属板によって形成されており、図４に示すよう
に、その角部２３ａが金属メッシュＭにて覆われてい
る。この金属メッシュＭは、上述の車端ホロ１１に使用
されているものと同じものであり、側板部２３の表面に
溶接によって固定されている。

【００２３】よって、このようにパンタカバー１３のは
ね上げ部２１の上端部２１ａを金属メッシュＭにて形成
するとともに、側板部２３の角部２３ａを金属メッシュ
Ｍによって被覆することにより、上端部２１ａの角部２
１ｄ及び側板部２３の角部２３ａにおける剥離音の発生
を抑制することができるという効果がある。

【００２４】また、上述のパンタカバー１３において
は、所定量の空気流がはね上げ部２１の上端部２１ａを
通過してパンタグラフ２０に当たることになるので、は
ね上げ部２１のメッシュ化の割合等を調節することによ
り、パンタグラフに当たる空気流の流速の適当な大きさ
に維持・調整して、空力音を低減させることができる。
即ち、全体として空力音を低減させるためには、走行中
にパンタグラフ２０に当たる空気流速をある程度の大き
さに維持する必要があるので、走行速度やパンタカバー
１３の大きさに応じて、はね上げ部２１のメッシュ化の
割合（即ち金属メッシュＭで形成される上端部２１ａの
大きさ）等を変更・調節することにより、パンタグラフ
２０に当たる空気流速を調節して、全体として空力音を
低減させることができるという効果がある。

【００２５】次に、台車側面カバー１５は、図２及び図
６の断面図に示すように、車輪Ｗ等を備える図示しない
台車の側方に設けられるものであり、金属メッシュＭと
略台形の金属板である側板部材３３とによって、車両３
の側面下部に形成された略台形の切欠部３１を、車両３
の表面形状に沿うように覆うものである。つまり、金属
メッシュＭは、側板部材３３と車両３の切欠部３１との
隙間（開口部）を覆うものであり、この金属メッシュＭ
を通して、車両３の内側と外部との間での空気及び熱の
出入りが可能となる。従って、走行中のブレーキによっ
て発生する熱は、この金属メッシュＭを通して良好に放
熱されることになる。尚、金属メッシュＭは、上述の車
端ホロ１１及びパンタカバー１３と同じものが使用され
る。

【００２６】よって、このように台車側面カバー１５に
金属メッシュＭを用いることにより、ブレーキの放熱を
妨げることなく車両３の切欠部３１を覆うことが可能と
なり、車両３の周囲の空気流を整流して空気抵抗を減少
させるとともに、切欠部３１の端部等にて発生する剥離
音を抑制することができるという効果がある。

【００２７】次に、吸排気口１７は、図２に示すよう
に、車両３の側面下部に設けられる長方形の開口部であ
り、この開口部が上述の台車側面カバー１５の場合と同
様に金属メッシュＭによって覆われている。従って、こ
の金属メッシュＭを通して空気の出入りが可能となる。

【００２８】よって、このように吸排気口１７を金属メ
ッシュにて覆うことにより、空気の出入りを妨げること
なく車両３の開口部を覆うことが可能となり、吸排気口
１７の本来の機能を損なうことなく、車両３の周囲の空
気流を整流して空気抵抗を減少させるとともに、吸排気
口１７の端部にて発生する剥離音を抑制することができ
るという効果がある。

【００２９】続いて、上記実施例による空力音の抑制効
果を確認するために行った実験例について説明する。 ＜実験例＞ 半無響室内において、吹出口より風速７５
ｍ／ｓ程度の空気流を吹き出して対象部材に当て、この
対象部材より発生する空力音をマイクロフォンによって
測定した。対象部材としては、以下の３種類を用いた。

【００３０】実施例１： 直径２２mmの円筒パイプの表
面全体にわたって、アルミニウムよりなる金属メッシュ
（目開き２mm、素線径１mm）を巻き付けたもの。 実施例２： 上記実施例１と同じ円筒パイプの周囲表面
に、塗料（粒径１〜２mm程度の砂粒を混ぜたもの）を塗
布して、表面に微小突起を形成したもの。

【００３１】比較例 ： 上記実施例１と同じ円筒パイ
プ（表面に金属メッシュや微小突起を設けないもの）。
図７は、上記実験の測定結果を示すグラフである。この
結果より明らかなように、１／３オクターブバンド周波
数が約４００Ｈｚ以上の領域において、表面を金属メッ
シュで覆った実施例１及び表面に微小突起を設けた実施
例２のものは、比較例のものに比べて空力音のパワーレ
ベル（ｄＢＡ）の値が小さく、空力音の発生が抑制され
ていることが判った。

【００３２】以上実施例について説明したが、本発明は
上記実施例に限定されるものではなく、種々の態様で実
施し得る。例えば、網状体（金属メッシュ等）や微小凹
凸を設ける部位は、車両の外側表面であって走行中に空
気流の剥離が生じるような部位であれば、上記実施例に
示した部位に何ら限定されるものではない。例えば、図
８に示すように、先頭車両４１の下側に設けられた排障
器４３の周囲や、剥離が生じやすい急な曲面部４５に設
けてもよい。また車両の外側に設けられる取手、踏台、
アンテナ等の取付部品の表面に網状体や微小凹凸を設け
たり、あるいは部品そのものを網状体にて形成してもよ
い。

【００３３】更に、本発明は鉄道車両に限らず、自動車
や航空機等の様々な移動体に適用することができる。例
えば、図９に示すように、自動車５１のタイヤ横のタイ
ヤハウス５３を網状体にて形成することによって、空力
騒音を抑制するとともに、ブレーキの熱を良好に放熱す
ることができる。また、自動車５１のサンルーフ等の開
口部の付近に突設される整流板５５等の端部や、ドアミ
ラー５７等の突起部の端部表面に適用することもでき
る。

【００３４】また、本発明で用いられる網状体の材質
は、上記実施例のようなＳＵＳ３０４に限らず、アルミ
ニウム等の他の金属や合成樹脂よりなるものを用いても
よい。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、本発明の請求項１の低空
力音移動体によれば、空気流の剥離が発生する部位の表
面を網状の構造とすることによって、空気流の剥離によ
る空力騒音（剥離音）の発生を抑制することが可能とな
り、騒音問題の解決に大きく寄与することができるとい
う効果を奏する。

【００３６】また、請求項２の発明によれば、空気流の
剥離が発生する部位の表面に微小凹凸を設けることによ
って、請求項１の発明と同様に空気流の剥離による空力
騒音の発生を抑制することができるという効果がある。
また、請求項３の発明によれば、移動体の外側表面の開
口部を網状体によって覆うことにより、開口部の周囲の
空気の流れを整流して空気抵抗を減少させるとともに、
開口部の端部等にて発生する剥離音を抑制することがで
きるという効果がある。更に、開口部が吸排気口や放熱
口である場合は、網状体を通して空気や熱の出入りが良
好に行われるので、開口部の本来の機能が損なわれない
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の鉄道車両の斜視図である。

【図２】実施例の車両の連結部分を拡大して示す斜視図
である。

【図３】実施例の車端ホロの断面図である。

【図４】実施例のパンタカバーを示す斜視図である。

【図５】実施例のパンタカバーのはね上げ部を示す断面
図である。

【図６】実施例の台車側面カバーを示す断面図である。

【図７】実施例における空力音の抑制効果を示すグラフ
である。

【図８】他の実施例の鉄道の先頭車両を示す側面図であ
る。

【図９】他の実施例の自動車を示す側面図である。

【図１０】本発明の作用を説明するための説明図であ
る。

【符号の説明】

１…鉄道車両 １１…車端ホロ １３…パ
ンタカバー １５…台車側面カバー １７…吸排気口 Ｍ…金属
メッシュ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速で移動する移動体の外側表面のう
   ち、空気流の剥離が発生する部位の表面を網状の構造と
   したことを特徴とする低空力音移動体。
2. 【請求項２】 高速で移動する移動体の外側表面のう
   ち、空気流の剥離が発生する部位の表面に微小凹凸を設
   けたことを特徴とする低空力音移動体。
3. 【請求項３】 高速で移動する移動体の外側表面に設け
   られる開口部を、該移動体の表面形状に沿うように網状
   体にて覆ったことを特徴とする低空力音移動体。