JPH10119774A

JPH10119774A - 走行体の空気取入口

Info

Publication number: JPH10119774A
Application number: JP8291259A
Authority: JP
Inventors: Akio Sagawa; 明朗佐川; Jun Matsuo; 純松尾; Yasufumi Suzuki; 康文鈴木; Eiichi Maehashi; 栄一前橋
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1996-10-15
Filing date: 1996-10-15
Publication date: 1998-05-12
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JP3155214B2

Abstract

(57)【要約】【課題】車輌等の高速走行体の騒音を低減すべく、騒
音発生を抑制するとともに空気取入の効率を高めた走行
体の空気取入口を提供する。【解決手段】本発明の走行体の空気取入口１１は、枠
体２３と、この枠体内で該走行体の進行方向に延びる仕
切板２５と、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切
板と連結されている補強板２７と、を備える。補強板２
７の進行方向における断面が丸みのある断面である。ま
た、枠体３３の空気取入口開口側のエッジに丸みを付け
たり、補強板４７を空気取入口開口より奥まって設ける
ことも有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的高速で走行
する鉄道車輌等の走行体に設ける空気取入口に関する。
特には、騒音発生を抑制するとともに空気取入の効率を
高めた走行体の空気取入口に関する。

【０００２】

【従来の技術】新幹線の空気取入口を例にとって従来技
術を説明する。新幹線は開業当初最高速度２１０km/hで
運転していたが、最近、航空機との競合関係改善等の要
請もあり、最高速度が３００km/h近くにスピードアップ
している。この傾向は、今後も続くことが予想され、現
段階では３５０km/hまでの高速化が検討されている。

【０００３】この新幹線の高速化に伴い、空力騒音の問
題が解決すべき課題の一つとして特に重要視されてい
る。空力騒音の音の強さは走行体（音源物）の速度の６
乗に比例するといういわゆる空力音６乗則が一応妥当と
されている本分野においては、スピードアップによる騒
音への影響はきわめて鋭敏なものがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】空力騒音で特に注目さ
れてきたのはパンタグラフが風を切る騒音であり、パン
タカバーの設置等の対策が採られてきた。また、車体の
外形そのものにも様々な改善がなされてきた。一方、車
体の空気取入口については、その存在が小さいことと車
体外に突出してはいないため、空力騒音的には軽視され
てきた。しかし、車輌の高速化に伴い、空気取入口から
発生する騒音が相当な音圧レベルに昇り、何らかの対策
が必要なことが判明した。

【０００５】本発明は、上記のような情況に鑑み、車輌
等の高速走行体の騒音を低減すべく、騒音発生を抑制す
るとともに空気取入の効率を高めた走行体の空気取入口
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の走行体の空気取入口は、走行体の外面に
設けられた空気取入口であって；枠体と、この枠体
内で該走行体の進行方向に延びる仕切板と、枠体内
で、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切板と連結
されている補強板と、を備え；該補強板の進行方向に
おける断面が丸みのある断面であることを特徴とする。

【０００７】ここで、該枠体の空気取入口開口側のエッ
ジに丸みが付けられていたり、該補強板が、空気取入口
開口より奥まって設けられていることも有効である。当
然のことながら、上記３対策の全てを施すことが好まし
い。

【０００８】

【発明の実施の形態及び実施例】また、本発明において
は、上記補強板の本数が、上記仕切板の振動を抑制する
ための最小限とされていることが好ましい。補強板は空
気流と交差するため騒音源となり易い。したがって、仕
切板の強度的な問題や振動が生じない範囲で数を少なく
することが好ましい。しかし、補強板を減らし過ぎる
と、空気取入量が低下するので注意を要する。

【０００９】また、本発明においては、上記仕切板の進
行方向後端部に、走行体内側方向に凹む丸みが付けられ
ていたり、上記補強板の進行方向における断面が、走行
体外側から内側に向かって、アール部、平行部、細り
部、先端部となっていることも好ましい。さらに、上記
仕切板が多数設けられており、かつ走行体進行方向直交
断面において、中央部の仕切板ほど車体外面から奥に入
るように配置されていることも好ましい。その理由につ
いては図を参照しつつ後述する。

【００１０】本発明においては、上記仕切板によって、
該空気取入口への吸込み空気流が分断・整流されること
も好ましい。空気流の分断により、発生する空力騒音の
周波数スペクトルにおいてパワー比率の大きい低周波数
成分を下げることができる。また、空気流の整流によ
り、空気吹込み流量も増加する。この場合、仕切板相互
の間隔は２０〜３０mmが好ましい。

【００１１】以下、図面を参照しつつより具体的に説明
する。図１は、本発明の対象となる新幹線車輌用空気取
入口の模式的斜視図である。（Ａ）は従来品、（Ｂ）、
（Ｃ）及び（Ｄ）は本発明の実施例に係る対策品であ
る。なお、本発明を完成させるに至った経過として、
（Ａ）の従来品を徐々に改良していった経過を辿ったの
で、その線に沿って説明する。図１（Ａ）〜（Ｄ）中に
おいて、下１桁が同じ数字の部分は同じ名称の部分であ
る。

【００１２】図１（Ａ）の対策前の空気取入口１１は、
長方形の枠体１３を有する。この枠体１３の寸法は、幅
２００mm、長さ５５０mmである。なお、長さ方向が車輌
の進行方向で、幅方向が車体の上下方向である。この枠
体１３中に、長さ方向（進行方向）に延びる１２本の仕
切板１５と、仕切板１５に直行して延びる８本の補強板
１７が設置されている。仕切板１５と補強板１７とは溶
接または接着によって連結されている。なお、仕切板１
５と補強板１７によって分断されている一区画の寸法は
長さ６５mm、幅１６mmである。各板１５、１７の厚さは
１．５mm、幅は３０mmである。この寸法は、軌道上のバ
ラストが空気取入口１５に入らないように考慮されたも
のである。

【００１３】以下、騒音低減のために採った対策を説明
する。対策Ｉ：補強板断面形状の丸み付け最適化と枚数の最少
化気流方向と直交する補強板２７の断面を膨らますことに
より、気流と当たる外側エッジ部分に丸みを付けるとと
もに、補強板２７の枚数を仕切板２５の振動を十分押さ
えられる程度に減らした。気流方向と直交する補強板
は、衝突する気流の乱れを生み強い空力音を発生させる
ことから、その枚数を極力少なくすることと、外側エッ
ジ部分に丸みを付けることにより空力音のパワー和を小
さくできた。

【００１４】補強板の内側エッジは通過する気流の剥離
点を固定するためシャープエッジとし、補強板断面の中
間部は平板状とした（図４における、補強板５７の外側
アール部５７ａ、平行部５７ｂ、細り部５７ｃ、先端５
７ｄを参照）。補強板の内側エッジ５７ｄをシャープに
尖らすことにより、気流の剥離点のふらつきによる空力
音の増大を防ぐことができる。補強板断面の中間部（平
行部５７ｂ）を平板状にすることにより、補強板断面の
膨らみによる吸気量の低下をある程度抑えることができ
る。

【００１５】対策II：開口枠３３の上流側及び下流側枠
縁への丸み３３ａを付けた。これにより、上流側枠部で
剥離し下流側枠部に衝突する気流の乱れから発生する空
力音を低減できる。開口枠３３における上流側枠縁に丸
み３３ａを付けることにより、上流側枠部で剥離する気
流をガイドして、開口枠内部３３へより多くの空気を取
り入れることができる。

【００１６】対策III ：補強板４７取付位置を内側に奥
めた。気流方向と直交する補強板４７の取付位置を少し
内部側へ奥める（例えば５〜１０mm）ことにより、補強
板４７の外側エッジに突きあたる気流の流速を和らげ、
そこで発生する空力音を低減することができる。ただ
し、奥にしすぎると空気の引き込みが弱まるので注意を
要する。

【００１７】図２は、図１に示されている対策の効果を
分析した実験の結果を示すグラフである。なお、この実
験は、１／２縮尺モデルを用いた風洞実験であり、風洞
実験で得られた空力音データ（気流風速３００km/h、Ａ
測点対応）から現車の空気取入口における空力騒音（列
車速度２７０km/h対応）を推測する換算方式を求め、そ
の結果における騒音レベル差から低減効果を評価した。
現車空力騒音相当（２５ｍ点超指向性マイクデータによ
る騒音レベル）へ換算する手順は次のように定めた。周波数補正（１／２スケール→１／１スケール）：
周波数スペクトルの横軸の１／２ずらし回折減衰補正：防音壁による回折減衰補正（１kHz
で−１７dBの線音源仮定）Ａ特性補正：聴感補正による騒音レベル換算距離減衰（１．５ｍ→２５ｍ）：−２４dB その他の補正：＋５dB（パワー換算、流速換算、ル
ーバの個数補正等）

【００１８】結果の考察：（ａ）ルーバ騒音の周波数特性前項のからのような周波数特性を変化させる補正
は、騒音レベル差に基づく低減効果の評価に影響を与え
ることになる。Ａ測点における音圧データに対して回折
減衰補正を行って、防音壁の外部沿線（２５ｍ点）へ伝
搬されるルーバ騒音を換算評価（空気吸込有り）する
と、図２の１／３オクターブバンド周波数分析グラフの
ようになった。その結果から、防音壁を乗り越えて伝搬
されるルーバ騒音は、おおよそ１００Hz〜１kHz の周波
数域にわたる広帯域騒音となることが窺える。

【００１９】（ｂ）騒音低減効果：図２に示されている
ように、黒丸の対策前から、各種対策を行うにしたがっ
て（白丸→白三角→白四角）、騒音レベルが低下するこ
とがはっきりと分る。特に２００〜２，０００Hzの周波
数域における総合騒音低減効果（黒丸と白四角の差）は
約１０dBという大きな値に昇っている。

【００２０】（ｃ）空気吸い込み量の変化：上記諸対策
に伴い、空気の吸い込み量が減る心配があったので、吸
い込み量の変化を風洞実験において測定した。図３は、
走行体速度と空気吸い込み量との関係を示すグラフであ
る。これによると、補強板に丸みを付ける等の対策を採
った場合の方が空気吸い込み量がかえって多くなること
が示された。騒音低減策の結果空気流に無用の渦や乱れ
が生じなくなったので、空気吸い込み流がスムーズとな
ったため、吸い込み量も増加したものと考えられる。

【００２１】図４は、本発明の他の一実施例に係る空気
取入口を示す一部断面側面図である。この図は、進行方
向（矢印）に平行な方向で仕切板５５等を見た図であ
る。進行方向に延びる仕切板５５には、その両端部に、
走行体内側方向に凹む丸みであるアール５５ａが付いて
いる。アール５５ａの分だけ仕切板５５の内側縁５５ｂ
にもアールが付いているので、結局仕切板５５は、アー
チ形をしている。仕切板５５の両端は、枠体５３に接続
されているが、枠体５３の縁にもアール５３ａが形成さ
れている。

【００２２】このアーチ形の仕切板５５によって、下流
側開口枠体の縁付近で特に発生しやすい高周波数域の空
力騒音成分を低減できる。なお、新幹線は前後進両方向
に走行するので、上述のアール処置は仕切板５５の両端
部で行っている。

【００２３】図４の空気取入口５１の補強板５７につい
ては、図１の対策Ｉで述べたとうり、補強板５７の進行
方向における断面が、走行体外側から内側に向かって、
アール部５７ａ、平行部５７ｂ、細り部５７ｃ、先端部
５７ｄとなっている。そして、補強板５７のアール部５
７ａの先が、仕切板５５の外側から約５〜１０mm奥に入
っている。

【００２４】図５は、本発明の他の一実施例に係る空気
取入口を示す一部断面正面図である。この図は、進行方
向で補強板６７等を見た図である。この空気取入口６１
の仕切板６７は、上記仕切板が多数設けられており、か
つ走行体進行方向直交断面において、中央部の仕切板ほ
ど車体外面から奥に入るように配置されている。すなわ
ち、仕切板６７がＶ字状に配列されている。また、補強
板６７もそれに合わせてＶ字状となっている。中央の仕
切板６７ａの奥への引っ込み寸法（図中ｈ）は、一例と
して６０〜９０mmである。このＶ字配列により、さらに
高周波数域の空力音成分を抑制する作用と低周波数域の
空力音成分を微増させる作用をもつが、聴感補正（Ａ特
性補正）の結果として空力音を低減させることができ
る。

【００２５】次に、仕切板の騒音及び空気吸い込み量に
対する影響を調べた実験について説明する。図６は、仕
切板の有無等によって空気取入口の空力騒音がどのよう
に変化するかを示すグラフである。

【００２６】まず、仕切板の無いシャープな縁の枠体
（幅２１０mm×長さ２１０mm）のみの騒音レベルが白四
角の線であり、最も騒音レベルが高い。これに枠体の縁
にＲ２０mmを付けたのが白丸の線であり、白四角に比べ
て相当レベルが落ちている。次に、幅方向に１２枚の仕
切板を入れたのが白三角の線である。

【００２７】白丸と白三角とを比較すると、周波数約２
kHz 以下では白三角が低く、約３kHz 以上では白三角が
高い。これは、仕切板を入れることにより、気流を幅方
向に細かく分断するので、低周波成分のパワーが落ち、
高周波成分のパワーが上がるものと考えられる。人間の
耳に聞こえやすい音の周波数は５００〜１０，０００Hz
の低周波であり、高周波成分が強くなっても低周波成分
を低減できれば騒音問題は改善されるので、適当な間隔
（２０〜３０mm）で仕切板を入れることが好ましい。

【００２８】図７、図８は、各種空気取入口の空気吸い
込み量を気流速度との関係で見たグラフである。まず、
図７において分ることは、進行方向上流の枠体縁部にア
ールを付けると（白三角）吸い込み量が増加するが、下
流の枠体縁部にアールを付けた（白丸）のでは、吸い込
み量は増加しない。

【００２９】図８においては、枠体両縁部にアールを付
けたもの（白丸）は、図７の上流のみアールのもの（白
三角）よりも約３０％も吸い込み量が下がっている。こ
れは、下流縁アールの作用により、空気取入口に入りか
けた空気が外に出てしまうためと考えられる。しかし、
両縁アール及び仕切板有の場合（図８、白三角）は、両
縁アールだけのものよりも吸い込み量が増え、図７の上
流縁のみアールと同じくらいに多い吸い込み量となって
いる。これは、空気取入用開口部に設置された仕切板に
沿う流れが粘着（摩擦）により減速され、その分相対的
に静圧が高まった結果と考えられる。結局、空力騒音及
び吸い込み量の双方を考えると、枠体両縁にアールを付
け、さらに仕切板を入れるのが最適である。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の空気取入口は、走行体の空力騒音の発生を抑制できる
とともに、空気取入の効率を高めることできる。そのた
め、新幹線等の高速走行体に関連する騒音問題の解決に
寄与すること多大なものがある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となる新幹線車輌用空気取入口の
模式的斜視図である。（Ａ）は従来品、（Ｂ）、（Ｃ）
及び（Ｄ）は本発明の実施例に係る対策品である。

【図２】図１に示されている対策の効果を分析した実験
の結果を示すグラフである。

【図３】走行体速度と空気吸い込み量との関係を示すグ
ラフである。

【図４】本発明の他の一実施例に係る空気取入口を示す
一部断面側面図である。

【図５】本発明の他の一実施例に係る空気取入口を示す
一部断面正面図である。

【図６】仕切板の有無等によって空気取入口の空力騒音
がどのように変化するかを示すグラフである。

【図７】各種空気取入口の空気吸い込み量を気流速度と
の関係で見たグラフである。

【図８】各種空気取入口の空気吸い込み量を気流速度と
の関係で見たグラフである。

【符号の説明】

１１空気取入口（従来）１３枠体１５仕切板１７補強板２１空気取入口２３枠体２５仕切板２７補強板３１空気取入口３３枠体３５仕切板３７補強板４１空気取入口４３枠体４５仕切板４７補強板５０走行体外壁５１空気取入口５３枠体５３ａアール５５仕切板５５ａアール５７補強板５７ａアール部５７ｂ平行部５７ｃ細り部５７ｄ先端部

フロントページの続き (72)発明者前橋栄一東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行体の外面に設けられた空気取入口で
あって；枠体と、この枠体内で該走行体の進行方向に延びる仕切板と、枠体内で、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切板
と連結されている補強板と、を備え；該補強板の進行方
向における断面が丸みのある断面であることを特徴とす
る走行体の空気取入口。
【請求項２】走行体の外面に設けられた空気取入口で
あって；枠体と、この枠体内で該走行体の進行方向に延びる仕切板と、枠体内で、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切板
と連結されている補強板と、を備え；該枠体の空気取入
口の開口側のエッジに丸みが付けられていることを特徴
とする走行体の空気取入口。
【請求項３】走行体の外面に設けられた空気取入口で
あって；枠体と、この枠体内で該走行体の進行方向に延びる仕切板と、枠体内で、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切板
と連結されている補強板と、を備え；該補強板が、空気
取入口開口より奥まって設けられていることを特徴とす
る走行体の空気取入口。
【請求項４】走行体の外面に設けられた空気取入口で
あって；枠体と、この枠体内で該走行体の進行方向に延びる仕切板と、枠体内で、この仕切板と交差する方向に延び、該仕切板
と連結されている補強板と、を備え；該補強板の進行方
向における断面が丸みのある断面であり、該枠体の空気取入口開口側のエッジに丸みが付けられて
おり、該補強板が、空気取入口開口より奥まって設けられてい
ることを特徴とする走行体の空気取入口。
【請求項５】上記補強板の本数が、上記仕切板の振動
を抑制するための最小限とされている請求項１〜４いず
れか１項記載の走行体の空気取入口。
【請求項６】上記仕切板の進行方向後端部に、走行体
内側方向に凹む丸みが付けられている請求項１〜５いず
れか１項記載の走行体の空気取入口。
【請求項７】上記補強板の進行方向における断面が、
走行体外側から内側に向かって、アール部、平行部、細
り部、先端部となっている請求項１〜６いずれか１項記
載の走行体の空気取入口。
【請求項８】上記仕切板が多数設けられており、かつ
走行体進行方向直交断面において、中央部の仕切板ほど
車体外面から奥に入るように配置されている請求項１〜
７いずれか１項記載の走行体の空気取入口。
【請求項９】上記仕切板によって、該空気取入口への
吸込み空気流が分断・整流される請求項１〜８いずれか
１項記載の走行体の空気取入口。