JPH11321640A - 鉄道先頭車両の車体形状 - Google Patents
鉄道先頭車両の車体形状Info
- Publication number
- JPH11321640A JPH11321640A JP10128422A JP12842298A JPH11321640A JP H11321640 A JPH11321640 A JP H11321640A JP 10128422 A JP10128422 A JP 10128422A JP 12842298 A JP12842298 A JP 12842298A JP H11321640 A JPH11321640 A JP H11321640A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cross
- sectional area
- tunnel
- vehicle body
- stage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance
Landscapes
- Devices Affording Protection Of Roads Or Walls For Sound Insulation (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 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低減するため
の鉄道先頭車両の特に先頭部の車体形状を提供する。 【解決手段】 車体１1 の先端部を曲面状に上方に立ち
上げて１段目の横断面積変化領域２を形成したのち、上
面を後方へほぼ水平に平坦面状に延ばし、車体１1 の前
後方向の中間位置付近で再び後方へ上向きに傾斜させて
立ち上げ２段目の横断面積変化領域３を形成している。
ンネルと車両によって発生する微気圧波を低減するため
の鉄道先頭車両の特に先頭部の車体形状を提供する。 【解決手段】 車体１1 の先端部を曲面状に上方に立ち
上げて１段目の横断面積変化領域２を形成したのち、上
面を後方へほぼ水平に平坦面状に延ばし、車体１1 の前
後方向の中間位置付近で再び後方へ上向きに傾斜させて
立ち上げ２段目の横断面積変化領域３を形成している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速走行する新幹
線等の鉄道車両のうち先頭車両に好適な車体形状に関す
るものである。
線等の鉄道車両のうち先頭車両に好適な車体形状に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】時速２７０ｋｍ／ｈあるいはそれ以上の
高速性能が要求される鉄道車両では、特に先頭車両の車
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
させる形状とともに、トンネルに突入した際に生じる微
気圧波を低減させる形状が要求される。特に高速の鉄道
車両がトンネルに突入する場合に、トンネル内の限られ
た空間に存在する空気を先頭車両が押し込むように圧縮
し、これが圧縮波となってトンネル内をほぼ音速で前方
へ伝播される。この圧縮波はトンネルの出口に到達した
ときに出口で反射されるが、一部は爆発音（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のことを微気圧波（トンネル微気
圧波）と言い、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ことがあ
る。
高速性能が要求される鉄道車両では、特に先頭車両の車
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
させる形状とともに、トンネルに突入した際に生じる微
気圧波を低減させる形状が要求される。特に高速の鉄道
車両がトンネルに突入する場合に、トンネル内の限られ
た空間に存在する空気を先頭車両が押し込むように圧縮
し、これが圧縮波となってトンネル内をほぼ音速で前方
へ伝播される。この圧縮波はトンネルの出口に到達した
ときに出口で反射されるが、一部は爆発音（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のことを微気圧波（トンネル微気
圧波）と言い、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ことがあ
る。
【０００３】そこで、近年いくつかの微気圧波を低減さ
せる先頭車両の車体形状が提案されている。たとえば、
特開平７−８９４３９号公報に記載の発明があるが、こ
の発明は、横断面積が一定の胴部に接合する接合部から
最先端に至る先頭領域を尖らせ、先頭領域の上面側へ突
出する運転室窓部（キャノピー）の前後の長さを、先頭
領域の前後長さより短くし、運転室窓部の突設根元部に
連接する上方肩部の横断面積を、上方肩部に隣接する隣
接肩部の横断面積より小さくし、前記先頭領域における
最先端寄りの横断面積急変域を除く領域のスカート部ま
たは仮想スカート部を含む横断面積を、接合部から最先
端へ向かっていく程に正比例に減少させた構造に先頭部
の車体を構成するものである。
せる先頭車両の車体形状が提案されている。たとえば、
特開平７−８９４３９号公報に記載の発明があるが、こ
の発明は、横断面積が一定の胴部に接合する接合部から
最先端に至る先頭領域を尖らせ、先頭領域の上面側へ突
出する運転室窓部（キャノピー）の前後の長さを、先頭
領域の前後長さより短くし、運転室窓部の突設根元部に
連接する上方肩部の横断面積を、上方肩部に隣接する隣
接肩部の横断面積より小さくし、前記先頭領域における
最先端寄りの横断面積急変域を除く領域のスカート部ま
たは仮想スカート部を含む横断面積を、接合部から最先
端へ向かっていく程に正比例に減少させた構造に先頭部
の車体を構成するものである。
【０００４】また特開平８−１９８１０５号公報に記載
の発明があるが、この発明は車体先端から車体前後方向
における車体横断面積が増大する先頭部を有した鉄道車
両において、先頭部を先端領域と中間領域とから構成
し、先端領域は最大車体横断面積の半分の断面積に相当
する位置よりも先端側とし、中間領域は該先端領域より
も車体長手方向他端側とし、前記中間領域は一定の断面
積変化率によって車体横断面積が変化し、かつ前記先端
領域の断面積変化率を中間領域の断面積変化率よりも大
きくするものである。この発明においては、前記中間領
域に運転室を配置しており、この運転室部前面窓の傾斜
角度を前方注視に支障のない角度としており、前記運転
室前面窓の両側方部分より下方に凹み部を形成してい
る。
の発明があるが、この発明は車体先端から車体前後方向
における車体横断面積が増大する先頭部を有した鉄道車
両において、先頭部を先端領域と中間領域とから構成
し、先端領域は最大車体横断面積の半分の断面積に相当
する位置よりも先端側とし、中間領域は該先端領域より
も車体長手方向他端側とし、前記中間領域は一定の断面
積変化率によって車体横断面積が変化し、かつ前記先端
領域の断面積変化率を中間領域の断面積変化率よりも大
きくするものである。この発明においては、前記中間領
域に運転室を配置しており、この運転室部前面窓の傾斜
角度を前方注視に支障のない角度としており、前記運転
室前面窓の両側方部分より下方に凹み部を形成してい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に記載の２つの発明は、つぎのような点で大きな課題
を有する。すなわち、第１に、いずれの発明も先頭部の
横断面積の変化が先頭車両の車体先端から後方の接合部
（一般断面部あるいは最大横断面積部との接合部）にか
けて車体横断面積が連続して緩やかに増大するように、
先端から後方にかけてやや上方に傾斜する曲面形状に形
成するとともに、その傾斜曲面部分が車体の前後方向に
できるだけ長くなるように先端部をノーズ状に延ばして
いる。このため、実際の車体形状の製作に際しては、骨
組みに溶接等により張り付ける板金を、ハンマー等で打
ち出すことによって凹凸部などの複雑な形状を形成して
いるので、作業に熟練を要することはもとより、多大な
時間がかかって生産性が非常に低く、製造コストが極め
て高くなるうえに、車体先頭部の車体前後方向において
占める長さが長くなるため、車室が制限され、乗車定員
が減少するという問題がある。
報に記載の２つの発明は、つぎのような点で大きな課題
を有する。すなわち、第１に、いずれの発明も先頭部の
横断面積の変化が先頭車両の車体先端から後方の接合部
（一般断面部あるいは最大横断面積部との接合部）にか
けて車体横断面積が連続して緩やかに増大するように、
先端から後方にかけてやや上方に傾斜する曲面形状に形
成するとともに、その傾斜曲面部分が車体の前後方向に
できるだけ長くなるように先端部をノーズ状に延ばして
いる。このため、実際の車体形状の製作に際しては、骨
組みに溶接等により張り付ける板金を、ハンマー等で打
ち出すことによって凹凸部などの複雑な形状を形成して
いるので、作業に熟練を要することはもとより、多大な
時間がかかって生産性が非常に低く、製造コストが極め
て高くなるうえに、車体先頭部の車体前後方向において
占める長さが長くなるため、車室が制限され、乗車定員
が減少するという問題がある。
【０００６】第２に、いずれの発明も先頭部の横断面積
の変化が先頭車両の車体先端から後方の接合部にかけて
直線的（正比例）に連続している。このため、鉄道車両
がトンネル内に突入したときの、トンネル内のある位置
における圧力変化（横軸を時間とし縦軸を圧力とする）
は、圧力勾配が緩やかになっているとしても漸次高くな
っている。一方、トンネル内を伝播する圧縮波の速度
（音速に近い）は、圧力が上昇するのにしたがって速く
なるから、トンネルの距離がある程度長くなると、せっ
かく車体の先頭部形状を工夫したことによって圧縮波の
圧力を分散したにも拘わらず、分散された圧力がトンネ
ルの出口では集合されて一度に大きな圧力のパルス状圧
力波（微気圧波）となって外部へ放射され、トンネルの
出口周辺において大きな爆発音が発生したり、振動等が
生じたりするおそれがある。
の変化が先頭車両の車体先端から後方の接合部にかけて
直線的（正比例）に連続している。このため、鉄道車両
がトンネル内に突入したときの、トンネル内のある位置
における圧力変化（横軸を時間とし縦軸を圧力とする）
は、圧力勾配が緩やかになっているとしても漸次高くな
っている。一方、トンネル内を伝播する圧縮波の速度
（音速に近い）は、圧力が上昇するのにしたがって速く
なるから、トンネルの距離がある程度長くなると、せっ
かく車体の先頭部形状を工夫したことによって圧縮波の
圧力を分散したにも拘わらず、分散された圧力がトンネ
ルの出口では集合されて一度に大きな圧力のパルス状圧
力波（微気圧波）となって外部へ放射され、トンネルの
出口周辺において大きな爆発音が発生したり、振動等が
生じたりするおそれがある。
【０００７】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
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を提供することを目的として
いる。
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を提供することを目的として
いる。
【０００８】また、分散させて低減した圧縮波がトンネ
ル内を車両が通過するまでに、つまりトンネル出口で集
合されにくく、トンネル微気圧波を有効に低減でき、し
かも外形形状を簡素化して車体の製作を容易にすること
も目的としている。
ル内を車両が通過するまでに、つまりトンネル出口で集
合されにくく、トンネル微気圧波を有効に低減でき、し
かも外形形状を簡素化して車体の製作を容易にすること
も目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために本発明に係る車体形状は、鉄道先頭車両の車体の
先端より一般断面部（最大横断面積部）に至る横断面積
分布において、横断面積が変化（増大）する領域を車体
の前後方向に沿って複数箇所に分けて設けている。
ために本発明に係る車体形状は、鉄道先頭車両の車体の
先端より一般断面部（最大横断面積部）に至る横断面積
分布において、横断面積が変化（増大）する領域を車体
の前後方向に沿って複数箇所に分けて設けている。
【００１０】また、請求項２に記載のように、前記車体
の先端部分をやや後方に傾斜させて上方に立ちあげるこ
とにより１段目の横断面積変化領域を形成したのち、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の
ち、再びやや後方に傾斜させて上方に立ちあげることに
より２段目の横断面積変化領域を形成することができ
る。
の先端部分をやや後方に傾斜させて上方に立ちあげるこ
とにより１段目の横断面積変化領域を形成したのち、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の
ち、再びやや後方に傾斜させて上方に立ちあげることに
より２段目の横断面積変化領域を形成することができ
る。
【００１１】上記構成を有する請求項１又は２記載の発
明によれば、図７に横断面積変化領域を車体の前後方向
に沿って少なくとも２カ所に分けて設けた複数段（請求
項２では２段式）車体形状と、横断面積を直線的に変化
させて設けた、いいかえれば横断面積変化領域を分けず
に連続して設けた車体形状との圧力変化の比較を示すよ
うに、トンネル入口から所定距離（６１ｍ）の位置で鉄
道車両がトンネル内に突入する際の圧力変化から明らか
に、本発明に係る複数段式（２段式）車体形状の方が圧
力変化の状態が緩やかで、しかも少なくとも２段に分散
されて段階的に最大車体横断面積の部分がトンネル内に
入るまでの圧力（最大圧力）に達する。図７における線
図Ａは詳しくは、図６に示すところの車体の形状を先端
部分でやや後方に傾斜させて上方に立ちあげたのち水平
に後方に延ばして１段目の横断面積変化領域を形成し、
車体の後端寄り（前後方向の中間位置よりやや後方）で
再びやや後方に傾斜させて上方に立ちあげ２段目の横断
面積変化領域を形成した車体モデルについて、圧力変化
を求めたものである。ここで、計算条件について詳しく
説明すると、 非定常、軸対称、圧縮性および非粘性を仮定した数
値流体解析（ＣＦＤ解析）を用いた。
明によれば、図７に横断面積変化領域を車体の前後方向
に沿って少なくとも２カ所に分けて設けた複数段（請求
項２では２段式）車体形状と、横断面積を直線的に変化
させて設けた、いいかえれば横断面積変化領域を分けず
に連続して設けた車体形状との圧力変化の比較を示すよ
うに、トンネル入口から所定距離（６１ｍ）の位置で鉄
道車両がトンネル内に突入する際の圧力変化から明らか
に、本発明に係る複数段式（２段式）車体形状の方が圧
力変化の状態が緩やかで、しかも少なくとも２段に分散
されて段階的に最大車体横断面積の部分がトンネル内に
入るまでの圧力（最大圧力）に達する。図７における線
図Ａは詳しくは、図６に示すところの車体の形状を先端
部分でやや後方に傾斜させて上方に立ちあげたのち水平
に後方に延ばして１段目の横断面積変化領域を形成し、
車体の後端寄り（前後方向の中間位置よりやや後方）で
再びやや後方に傾斜させて上方に立ちあげ２段目の横断
面積変化領域を形成した車体モデルについて、圧力変化
を求めたものである。ここで、計算条件について詳しく
説明すると、 非定常、軸対称、圧縮性および非粘性を仮定した数
値流体解析（ＣＦＤ解析）を用いた。
【００１２】 構造格子を使用したＴＶＤ型風上法・
有限体積法で陽解法を適用した。
有限体積法で陽解法を適用した。
【００１３】 車体の先頭部を同一断面積を有する軸
対称物体に、またトンネルを円形横断面からなる円筒形
にそれぞれ置き換えたうえで、車体がトンネルに突入す
るシミュレーションを実施している。ただし、トンネル
と鉄道車両（列車という）の間に相対的な運動が発生す
るため、計算領域を図９のようにトンネルを含む領域１
と列車を含む領域２との２つに分割し、それらを相対的
に移動させて計算を進めた。
対称物体に、またトンネルを円形横断面からなる円筒形
にそれぞれ置き換えたうえで、車体がトンネルに突入す
るシミュレーションを実施している。ただし、トンネル
と鉄道車両（列車という）の間に相対的な運動が発生す
るため、計算領域を図９のようにトンネルを含む領域１
と列車を含む領域２との２つに分割し、それらを相対的
に移動させて計算を進めた。
【００１４】 計算上において列車の初期位置をトン
ネルの入口から２０ｍ外方（手前）の周辺に障害物のな
い（いわゆる明かり区間）で、その初期位置における時
間をｔ＝０と設定した。
ネルの入口から２０ｍ外方（手前）の周辺に障害物のな
い（いわゆる明かり区間）で、その初期位置における時
間をｔ＝０と設定した。
【００１５】 圧力変化の観測点×は、トンネル入口
から内側６１ｍの地点のトンネル内壁上にした。
から内側６１ｍの地点のトンネル内壁上にした。
【００１６】 図７・図８（図７の圧力変化を時間で
微分した線図）の線図を求めるための計算条件は、列車
速度：２７５ｋｍ／ｈ（マッハ数０．２２５）、トンネ
ル開口断面積：６３．４ｍ2 、列車の２段目（最大）横
断面積：１１．４ｍ2 、１段目横断面積：７．９ｍ2
（図１２参照） この結果から、先頭車両の車体先頭部がトンネルに突入
する際に生じる圧縮波（圧力上昇）は、車体１2 の横断
面積変化領域を２段階に分散して設けたことによって低
減され、この低減分の圧力が最大車体横断面積の部分が
トンネルＴ内に突入するまで有効であり、車体１2 の２
段目の横断面積変化領域がトンネルＴ内に突入したとき
に従来の車体１の最大車体横断面積（一般断面部）の部
分がトンネルＴ内に突入したときの圧力と等しくなる。
微分した線図）の線図を求めるための計算条件は、列車
速度：２７５ｋｍ／ｈ（マッハ数０．２２５）、トンネ
ル開口断面積：６３．４ｍ2 、列車の２段目（最大）横
断面積：１１．４ｍ2 、１段目横断面積：７．９ｍ2
（図１２参照） この結果から、先頭車両の車体先頭部がトンネルに突入
する際に生じる圧縮波（圧力上昇）は、車体１2 の横断
面積変化領域を２段階に分散して設けたことによって低
減され、この低減分の圧力が最大車体横断面積の部分が
トンネルＴ内に突入するまで有効であり、車体１2 の２
段目の横断面積変化領域がトンネルＴ内に突入したとき
に従来の車体１の最大車体横断面積（一般断面部）の部
分がトンネルＴ内に突入したときの圧力と等しくなる。
【００１７】また、第１段の圧力上昇値から最終段（図
７では２段）の圧力上昇値までの時間差は、１段目横断
面積変化領域と２段目横断面積変化領域との距離Ｌ（図
６の線図Ａ）／Ｖ（走行速度ｍ／ｓ）にほぼ等しい。こ
のため、図６の車体例では１１／１６（約２／３）に低
減された微気圧波が生じたのち、図７に示すように遅れ
て５／１６（約１／３）に低減された微気圧波が生じる
ことになる。したがって、トンネルＴの出口での爆発音
は小さくなるか一切鳴らなくなるかに低減され、また周
辺での家屋等の振動なども低減される。なお、請求項３
については後述するが、圧縮波の伝播速度は音速に近
く、圧力が高くなるほど伝播速度は速くなるので、１段
目横断面積変化領域と２段目横断面積変化領域との距離
Ｌは、トンネル出口までの間に後続（２段目）の圧縮波
が１段目の圧縮波に追いついて１段目と２段目の圧縮波
が集合された微気圧波が生じるか否かを決定することに
なるため、重要な要素である。
７では２段）の圧力上昇値までの時間差は、１段目横断
面積変化領域と２段目横断面積変化領域との距離Ｌ（図
６の線図Ａ）／Ｖ（走行速度ｍ／ｓ）にほぼ等しい。こ
のため、図６の車体例では１１／１６（約２／３）に低
減された微気圧波が生じたのち、図７に示すように遅れ
て５／１６（約１／３）に低減された微気圧波が生じる
ことになる。したがって、トンネルＴの出口での爆発音
は小さくなるか一切鳴らなくなるかに低減され、また周
辺での家屋等の振動なども低減される。なお、請求項３
については後述するが、圧縮波の伝播速度は音速に近
く、圧力が高くなるほど伝播速度は速くなるので、１段
目横断面積変化領域と２段目横断面積変化領域との距離
Ｌは、トンネル出口までの間に後続（２段目）の圧縮波
が１段目の圧縮波に追いついて１段目と２段目の圧縮波
が集合された微気圧波が生じるか否かを決定することに
なるため、重要な要素である。
【００１８】さらに、微気圧波のパルスの強さ（爆音の
大きさ）が圧縮波の時間変化率に比例することから、図
８に示すように、従来例（線図Ｂ）では最大変化率が１
００００Ｐａ／ｓであるのに対し、本発明例（線図Ａ）
では最大変化率が６０００〜７０００Ｐａ／ｓであるか
ら、本発明例は従来例の２／３程度に微気圧波による爆
発音を低減できると推測される。
大きさ）が圧縮波の時間変化率に比例することから、図
８に示すように、従来例（線図Ｂ）では最大変化率が１
００００Ｐａ／ｓであるのに対し、本発明例（線図Ａ）
では最大変化率が６０００〜７０００Ｐａ／ｓであるか
ら、本発明例は従来例の２／３程度に微気圧波による爆
発音を低減できると推測される。
【００１９】加えて、本発明に係る車体形状によれば、
車体の横断面積変化領域を少なくとも２カ所に分けて設
けることにより微気圧波低減の作用が有効に生じるか
ら、上記後方に記載の従来技術に係る車体形状に比べて
車体の設計はもとより製作が容易になる。
車体の横断面積変化領域を少なくとも２カ所に分けて設
けることにより微気圧波低減の作用が有効に生じるか
ら、上記後方に記載の従来技術に係る車体形状に比べて
車体の設計はもとより製作が容易になる。
【００２０】請求項３に記載のように、前記１段目横断
面積／前記２段目横断面積の面積比が０．６以上で、前
記１段目と前記２段目の横断面積変化領域の間隔を１５
ｍ以上にすることが好ましい。
面積／前記２段目横断面積の面積比が０．６以上で、前
記１段目と前記２段目の横断面積変化領域の間隔を１５
ｍ以上にすることが好ましい。
【００２１】この構成により、微気圧波が図７の線図Ａ
に示すように少なくとも２段階に分散され低減されて生
じるとともに、微気圧波のパルスの強さが圧縮波の時間
変化率に比例するが、図８の線図Ａに示すように最大変
化率が本発明例では従来例の２／３程度に低減されるこ
とから、微気圧波によるトンネル出口での爆発音の大き
さを有効に低減することができる。一方、圧縮波の伝播
速度は音速に近く、圧力が高くなるほど伝播速度は速く
なるが、１段目と２段目の横断面積比が０．６以上で、
１段目と２段目の横断面積変化領域の間隔を１５ｍ以上
離しているので、たとえば図１２〜図１４の線図から明
らかなように、列車最大横断面積が１１ｍ2 の場合に、
列車速度が２４０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１５ｋ
ｍ、列車速度が２７０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１１
ｋｍ、列車速度が３００ｋｍ／ｈでトンネルの距離が８
ｋｍまでは、トンネル出口までの間に後続（２段目）の
圧縮波が１段目の圧縮波に追いつくことが阻止され、微
気圧波は１段目と２段目とに分散された状態で生じる。
に示すように少なくとも２段階に分散され低減されて生
じるとともに、微気圧波のパルスの強さが圧縮波の時間
変化率に比例するが、図８の線図Ａに示すように最大変
化率が本発明例では従来例の２／３程度に低減されるこ
とから、微気圧波によるトンネル出口での爆発音の大き
さを有効に低減することができる。一方、圧縮波の伝播
速度は音速に近く、圧力が高くなるほど伝播速度は速く
なるが、１段目と２段目の横断面積比が０．６以上で、
１段目と２段目の横断面積変化領域の間隔を１５ｍ以上
離しているので、たとえば図１２〜図１４の線図から明
らかなように、列車最大横断面積が１１ｍ2 の場合に、
列車速度が２４０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１５ｋ
ｍ、列車速度が２７０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１１
ｋｍ、列車速度が３００ｋｍ／ｈでトンネルの距離が８
ｋｍまでは、トンネル出口までの間に後続（２段目）の
圧縮波が１段目の圧縮波に追いつくことが阻止され、微
気圧波は１段目と２段目とに分散された状態で生じる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る鉄道先頭車両
の車体形状の実施の形態を図面に基づいて説明する。
の車体形状の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】図１は本発明の第１実施例に係る先頭車両
の車体形状を示すもので、図１（ａ）は平面図、図１
(ｂ)は側面図である。本例の車体１1 は、図１(ａ)に示
すとおり平面視では従来の新幹線用先頭車両の車体１
（図５）と同じような略弾丸形の流線形状からなってお
り、車体１1 の上面を２段階に変化させることにより、
横断面変化領域を２カ所に分けて設けている。すなわ
ち、車体１1 の先端部を曲面状に上方に立ち上げて１段
目の横断面積変化領域２を形成したのち、上面を後方へ
ほぼ水平に平坦面状に延ばし、車体１1 の前後方向の中
間位置付近で再び後方へ上向きに傾斜させて立ち上げ２
段目の横断面積変化領域３を形成している。後述する
が、図６は本例の車体１1 形状に基づく計算上の車体モ
デルである。
の車体形状を示すもので、図１（ａ）は平面図、図１
(ｂ)は側面図である。本例の車体１1 は、図１(ａ)に示
すとおり平面視では従来の新幹線用先頭車両の車体１
（図５）と同じような略弾丸形の流線形状からなってお
り、車体１1 の上面を２段階に変化させることにより、
横断面変化領域を２カ所に分けて設けている。すなわ
ち、車体１1 の先端部を曲面状に上方に立ち上げて１段
目の横断面積変化領域２を形成したのち、上面を後方へ
ほぼ水平に平坦面状に延ばし、車体１1 の前後方向の中
間位置付近で再び後方へ上向きに傾斜させて立ち上げ２
段目の横断面積変化領域３を形成している。後述する
が、図６は本例の車体１1 形状に基づく計算上の車体モ
デルである。
【００２４】図２は本発明の第２実施例に係る先頭車両
の車体形状を示すもので、図２(ａ)は平面図、図２(ｂ)
は側面図である。本例の車体１2 は、図２(ａ)に示すと
おり平面視では従来の新幹線用先頭車両と同じような略
弾丸形の流線形状からなっており、車体１2 の上面を３
段階に変化させることにより、横断面変化領域を３カ所
に分けて設けている。すなわち、車体の先端部を曲面状
に上方に立ち上げて１段目の横断面積変化領域２を形成
したのち、上面を後方へほぼ水平に平坦面状に延ばし、
車体１2 の前後方向の中間位置付近で後方へ上向きに傾
斜させて立ち上げ２段目の横断面積変化領域３を形成し
ている。さらに、上面を後方へほぼ水平に平坦面状に延
ばし、車体１2 の前後方向の中間位置より後端寄りで後
方へ上向きに傾斜させて立ち上げ３段目の横断面積変化
領域４を形成している。
の車体形状を示すもので、図２(ａ)は平面図、図２(ｂ)
は側面図である。本例の車体１2 は、図２(ａ)に示すと
おり平面視では従来の新幹線用先頭車両と同じような略
弾丸形の流線形状からなっており、車体１2 の上面を３
段階に変化させることにより、横断面変化領域を３カ所
に分けて設けている。すなわち、車体の先端部を曲面状
に上方に立ち上げて１段目の横断面積変化領域２を形成
したのち、上面を後方へほぼ水平に平坦面状に延ばし、
車体１2 の前後方向の中間位置付近で後方へ上向きに傾
斜させて立ち上げ２段目の横断面積変化領域３を形成し
ている。さらに、上面を後方へほぼ水平に平坦面状に延
ばし、車体１2 の前後方向の中間位置より後端寄りで後
方へ上向きに傾斜させて立ち上げ３段目の横断面積変化
領域４を形成している。
【００２５】図３は本発明の第３実施例に係る先頭車両
の車体形状を示すもので、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)
は側面図である。本例の車体１3 は、平面視では従来の
先頭車両の車体１（図５）と同じような略弾丸形の流線
形状からなっており、車体１ の下面を２段階に変化させ
ることにより、横断面変化領域を２カ所に分けて設けて
いる。すなわち、車体１3 の先端部を曲面状に上方に立
ち上げるとともに下面先端部を底上げして水平に後方へ
延ばして１段目の横断面積変化領域２を形成したのち、
車体１3 の前後方向の中間位置付近で下面を後方へ下向
きに傾斜させて降下させて２段目の横断面積変化領域３
を形成している。
の車体形状を示すもので、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)
は側面図である。本例の車体１3 は、平面視では従来の
先頭車両の車体１（図５）と同じような略弾丸形の流線
形状からなっており、車体１ の下面を２段階に変化させ
ることにより、横断面変化領域を２カ所に分けて設けて
いる。すなわち、車体１3 の先端部を曲面状に上方に立
ち上げるとともに下面先端部を底上げして水平に後方へ
延ばして１段目の横断面積変化領域２を形成したのち、
車体１3 の前後方向の中間位置付近で下面を後方へ下向
きに傾斜させて降下させて２段目の横断面積変化領域３
を形成している。
【００２６】図４は本発明の第４実施例に係る先頭車両
の車体形状を示すもので、図４(ａ)は平面図、図４(ｂ)
は側面図である。本例の車体１4 は第１実施例に係る車
体１ の変形例で、車体１4 の先端部（１段目横断面積変
化領域２）の立ち上げを小さくし、図４(ｃ)のように正
面より見て円形断面の車体１4 の中心より下方に円形断
面の先頭部１Ａを偏心させて配置している。
の車体形状を示すもので、図４(ａ)は平面図、図４(ｂ)
は側面図である。本例の車体１4 は第１実施例に係る車
体１ の変形例で、車体１4 の先端部（１段目横断面積変
化領域２）の立ち上げを小さくし、図４(ｃ)のように正
面より見て円形断面の車体１4 の中心より下方に円形断
面の先頭部１Ａを偏心させて配置している。
【００２７】さて、上記に本発明の車体構造について４
つの実施例を挙げたが、いずれの実施例についても下記
のような共通の作用、つまり微気圧波の低減作用があ
る。この低減作用が生じる根拠を、計算に基づいて作成
した圧力変化あるいは圧力時間変化率にて本発明例と従
来例との比較により説明する。
つの実施例を挙げたが、いずれの実施例についても下記
のような共通の作用、つまり微気圧波の低減作用があ
る。この低減作用が生じる根拠を、計算に基づいて作成
した圧力変化あるいは圧力時間変化率にて本発明例と従
来例との比較により説明する。
【００２８】図６に示すように、車体１の先頭部（先端
から約６ｍの位置まで）を後方へ上向きに傾斜するよう
に立ち上げて１段目横断面積変化領域２（７．９ｍ2 ）
を形成したのち、横断面積を一定に保って後方へ延長
し、再び後方へ上向きに傾斜するように（先端から約２
１ｍの位置から約２５ｍの位置まで）立ち上げて２段目
横断面積変化領域３（１１．４ｍ2 ）を形成した形状が
本発明例であり、一方、従来例は車体１の先頭部（先端
から約１０ｍの位置まで）を後方へ上向きに傾斜するよ
うに立ち上げて最大横断面積（１１．４ｍ2 ）まで連続
的に横断面積変化領域を形成した形状（図６の点線表
示）にした。
から約６ｍの位置まで）を後方へ上向きに傾斜するよう
に立ち上げて１段目横断面積変化領域２（７．９ｍ2 ）
を形成したのち、横断面積を一定に保って後方へ延長
し、再び後方へ上向きに傾斜するように（先端から約２
１ｍの位置から約２５ｍの位置まで）立ち上げて２段目
横断面積変化領域３（１１．４ｍ2 ）を形成した形状が
本発明例であり、一方、従来例は車体１の先頭部（先端
から約１０ｍの位置まで）を後方へ上向きに傾斜するよ
うに立ち上げて最大横断面積（１１．４ｍ2 ）まで連続
的に横断面積変化領域を形成した形状（図６の点線表
示）にした。
【００２９】計算条件は、次のとおりである。すなわ
ち、図９において、 非定常、軸対称、圧縮性および非粘性を仮定した数
値流体解析（ＣＦＤ解析）を用いた。
ち、図９において、 非定常、軸対称、圧縮性および非粘性を仮定した数
値流体解析（ＣＦＤ解析）を用いた。
【００３０】 構造格子を使用したＴＶＤ型風上法・
有限体積法で陽解法を適用した。
有限体積法で陽解法を適用した。
【００３１】 車体の先頭部を同一断面積を有する軸
対称物体に、またトンネルを円形横断面からなる空洞、
つまり円筒形にそれぞれ置き換えたうえで、車体１がト
ンネルＴに突入するシミュレーションな運動が発生する
ため、計算領域を図１７のようにトンネルを含む領域１
と列車を含む領域２との２つに分割し、それらを相対的
に移動させて計算を進めた。
対称物体に、またトンネルを円形横断面からなる空洞、
つまり円筒形にそれぞれ置き換えたうえで、車体１がト
ンネルＴに突入するシミュレーションな運動が発生する
ため、計算領域を図１７のようにトンネルを含む領域１
と列車を含む領域２との２つに分割し、それらを相対的
に移動させて計算を進めた。
【００３２】 計算上において列車の初期位置をトン
ネルＴの入口から２０ｍ外方（手前）の周辺に障害物の
ない（いわゆる明かり区間）で、その初期位置における
時間をｔ＝０と設定した。
ネルＴの入口から２０ｍ外方（手前）の周辺に障害物の
ない（いわゆる明かり区間）で、その初期位置における
時間をｔ＝０と設定した。
【００３３】 圧力変化の観測点×は、トンネルＴの
入口から内側６１ｍの地点のトンネル内壁上にした。
入口から内側６１ｍの地点のトンネル内壁上にした。
【００３４】 図７・８の線図を求めるための計算条
件は、列車速度：２７５ｋｍ／ｈ（マッハ数０．２２
５）、トンネル開口断面積：６３．４ｍ2 、列車の最大
横断面積：１１．４ｍ2 、１段目断面積：７．９ｍ2
（図７参照） この結果から、先頭車両の車体先頭部がトンネルに突入
する際に生じる圧縮波（圧力上昇）は、車体１1 の横断
面積変化領域を２段階に分散して設けたことによって低
減され、この低減分の圧力が最大車体横断面積の部分が
トンネルＴ内に突入するまで有効であり、車体１1 の２
段目の横断面積変化領域がトンネルＴ内に突入したとき
に従来の車体１の最大車体横断面積（一般断面部）の部
分がトンネルＴ内に突入したときの圧力と等しくなる。
また、第１段の圧力値（１１００Ｐａ）から最終段（図
７では２段）の圧力値（１６００Ｐａ）までの時間差
（約０.２３sec）は、第１段目変化領域２と第２段目変
化領域との距離Ｌ（図６の線図Ａ上に表示：約１８ｍ）
／Ｖ（走行速度：７５ｍ／ｓ）にほぼ等しい。このた
め、図６の車体例では１１／１６（約２／３）に低減さ
れた微気圧波が生じたのち、図７の線図Ａに示すように
遅れて５／１６（約１／３）に低減された微気圧波が生
じることになる。したがって、図７の線図Ｂに示すよう
にトンネルＴの出口に圧力１６００Ｐａの圧縮波が伝播
され、大きな圧力の微気圧波が生じる従来例の車体１
（図５）に比べて、本発明例の車体１1 によればトンネ
ル出口で外部に放射される微気圧波が分散されることに
より爆発音が小さくなるか一切鳴らなくなるかまで低減
され、また周辺での家屋等の振動なども低減される。
件は、列車速度：２７５ｋｍ／ｈ（マッハ数０．２２
５）、トンネル開口断面積：６３．４ｍ2 、列車の最大
横断面積：１１．４ｍ2 、１段目断面積：７．９ｍ2
（図７参照） この結果から、先頭車両の車体先頭部がトンネルに突入
する際に生じる圧縮波（圧力上昇）は、車体１1 の横断
面積変化領域を２段階に分散して設けたことによって低
減され、この低減分の圧力が最大車体横断面積の部分が
トンネルＴ内に突入するまで有効であり、車体１1 の２
段目の横断面積変化領域がトンネルＴ内に突入したとき
に従来の車体１の最大車体横断面積（一般断面部）の部
分がトンネルＴ内に突入したときの圧力と等しくなる。
また、第１段の圧力値（１１００Ｐａ）から最終段（図
７では２段）の圧力値（１６００Ｐａ）までの時間差
（約０.２３sec）は、第１段目変化領域２と第２段目変
化領域との距離Ｌ（図６の線図Ａ上に表示：約１８ｍ）
／Ｖ（走行速度：７５ｍ／ｓ）にほぼ等しい。このた
め、図６の車体例では１１／１６（約２／３）に低減さ
れた微気圧波が生じたのち、図７の線図Ａに示すように
遅れて５／１６（約１／３）に低減された微気圧波が生
じることになる。したがって、図７の線図Ｂに示すよう
にトンネルＴの出口に圧力１６００Ｐａの圧縮波が伝播
され、大きな圧力の微気圧波が生じる従来例の車体１
（図５）に比べて、本発明例の車体１1 によればトンネ
ル出口で外部に放射される微気圧波が分散されることに
より爆発音が小さくなるか一切鳴らなくなるかまで低減
され、また周辺での家屋等の振動なども低減される。
【００３５】また、図８は図７の圧力変化線図を時間
（ｓ）で微分して求めた線図で、時間に対する圧力の変
化率を表している。
（ｓ）で微分して求めた線図で、時間に対する圧力の変
化率を表している。
【００３６】さらに、微気圧波のパルスの強さ（爆音の
大きさ）が圧縮波の時間変化率に比例することから、図
８に示すように、従来例（線図Ｂ）では最大変化率が１
００００Ｐａ／ｓであるのに対し、本発明例（線図Ａ）
では最大変化率が６０００〜７０００Ｐａ／ｓであるか
ら、本発明例は従来例の２／３程度に微気圧波による爆
発音を低減できると推測される。
大きさ）が圧縮波の時間変化率に比例することから、図
８に示すように、従来例（線図Ｂ）では最大変化率が１
００００Ｐａ／ｓであるのに対し、本発明例（線図Ａ）
では最大変化率が６０００〜７０００Ｐａ／ｓであるか
ら、本発明例は従来例の２／３程度に微気圧波による爆
発音を低減できると推測される。
【００３７】ところで、上記したとおり圧縮波の伝播速
度は音速に近く、圧力が高くなるほど伝播速度は速くな
るので、トンネルの長さによっては、トンネルの入口に
列車が突入する際に発生した最初（１段目）の圧縮波に
トンネル出口までの間に後続（２段目）の圧縮波が追い
ついてしまい、横断面積変化領域を複数に分断した作用
効果が期待できないおそれがあるので、これに関連する
要素である１段目と２段目の横断面積比および１段目と
２段目の間隔（距離）などと有効なトンネル長さの関係
について説明する。
度は音速に近く、圧力が高くなるほど伝播速度は速くな
るので、トンネルの長さによっては、トンネルの入口に
列車が突入する際に発生した最初（１段目）の圧縮波に
トンネル出口までの間に後続（２段目）の圧縮波が追い
ついてしまい、横断面積変化領域を複数に分断した作用
効果が期待できないおそれがあるので、これに関連する
要素である１段目と２段目の横断面積比および１段目と
２段目の間隔（距離）などと有効なトンネル長さの関係
について説明する。
【００３８】まず、計算式について説明すると、図１０
に示すように、１段目列車横断面積２をＳ1（ｍ2），２
段目列車横断面積３をＳ2（ｍ2）、トンネル横断面積を
Ｓt（ｍ2）とし、１段目と２段目の間隔をＬ
train（ｍ）とする。一方、図１１に示すように列車が
トンネル内に突入する際の１段目の圧縮波による圧力上
昇を△ｐ1（Ｐａ）、２段目の圧縮波による圧力上昇を
△ｐ2（Ｐａ）とし、トンネルＴ内における圧縮波の１
段目と２段目の間隔をＬwave（ｍ）とし、１段目圧縮波
の伝播速度をＵ1（ｍ／ｓ）、２段目圧縮波の伝播速度
をＵ2（ｍ／ｓ）とする。そして、列車速度：Ｖ（ｍ／
ｓ）、圧縮波の影響がないところでの音速：ｃ（ｍ／
ｓ）、圧縮波の影響がないところでの空気密度：ρ（ｋ
ｇ／ｍ3）、空気の比熱比：γ、圧縮波の影響がないと
ころでの大気圧力：ｐ0（Ｐａ）とすると、 ○１段目の圧縮波による圧力上昇 △ｐ1＝1/2×ρＶ2×[１−(１−Ｓ1/Ｓt)2]／[(１−Ｖ/
ｃ)×{Ｖ/ｃ＋(１−Ｓ1/Ｓt)}] ○２段目の圧縮波による圧力上昇 △ｐ2＝1/2×ρＶ2×[１−(１−Ｓ2/Ｓt)2]／[(１−Ｖ/
ｃ)×{Ｖ/ｃ＋(１−Ｓ2/Ｓt)}] ○１段目圧縮波の伝播速度 Ｕ1＝ｃ×[{(γ＋１)/(γ−１)}×{(１＋△ｐ1/ｐ0)
(γ-1)/2γ −１}＋１] ○２段目圧縮波の伝播速度 Ｕ2＝ｃ×[{(γ＋１)/(γ−１)}×{(１＋△ｐ2/ｐ0)
(γ-1)/2γ −１}＋１] ○トンネル内における圧縮波の１段目と２段目の間隔 Ｌwave＝（Ｌtrain×ｃ）/Ｖ 続いて計算条件について説明すると、 ○列車速度：２４０ｋｍ／ｈ，２７０ｋｍ／ｈ，３００
ｋｍ／ｈ ○列車最大横断面積：７ｍ2，１１ｍ2，１３ｍ2 ○トンネル開口断面積：６３．４ｍ2（山陽新幹線のト
ンネルと同一） ○列車１段目断面積／２段目断面積（比）：0.3，0.3
5，0.4，0.45，0.5，0.55,0.6，0.65，0.7，0.75，0.
8，0.85，0.9 ○列車１段目断面積／２段目断面積の間隔：５ｍ，７.
５ｍ，１０ｍ，１５ｍ，２０ｍ，２５ｍ 計算結果は図１２〜図１６に線図で示すとおりである。
これらの結果から、たとえば１段目と２段目の横断面積
比が０．６以上で、１段目と２段目の横断面積変化領域
の間隔を１５ｍ以上あければ、図１２〜図１４の線図に
示されるように、列車最大横断面積が１１ｍ2 の場合
に、列車速度が３００ｋｍ／ｈでトンネルの距離が８ｋ
ｍ、列車速度が２７０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１１
ｋｍ、列車速度が２４０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１
５ｋｍまでは、トンネル出口までの間に後続（２段目）
の圧縮波が１段目の圧縮波に追いつかないことが確認さ
れる。また、列車速度が速くなるにつれて後続の圧縮波
が前方の圧縮波に追いつきやすくなること、列車最大横
断面積が増大するのにつれて後続の圧縮波が前方の圧縮
波に追いつきやすくなることが確認される。
に示すように、１段目列車横断面積２をＳ1（ｍ2），２
段目列車横断面積３をＳ2（ｍ2）、トンネル横断面積を
Ｓt（ｍ2）とし、１段目と２段目の間隔をＬ
train（ｍ）とする。一方、図１１に示すように列車が
トンネル内に突入する際の１段目の圧縮波による圧力上
昇を△ｐ1（Ｐａ）、２段目の圧縮波による圧力上昇を
△ｐ2（Ｐａ）とし、トンネルＴ内における圧縮波の１
段目と２段目の間隔をＬwave（ｍ）とし、１段目圧縮波
の伝播速度をＵ1（ｍ／ｓ）、２段目圧縮波の伝播速度
をＵ2（ｍ／ｓ）とする。そして、列車速度：Ｖ（ｍ／
ｓ）、圧縮波の影響がないところでの音速：ｃ（ｍ／
ｓ）、圧縮波の影響がないところでの空気密度：ρ（ｋ
ｇ／ｍ3）、空気の比熱比：γ、圧縮波の影響がないと
ころでの大気圧力：ｐ0（Ｐａ）とすると、 ○１段目の圧縮波による圧力上昇 △ｐ1＝1/2×ρＶ2×[１−(１−Ｓ1/Ｓt)2]／[(１−Ｖ/
ｃ)×{Ｖ/ｃ＋(１−Ｓ1/Ｓt)}] ○２段目の圧縮波による圧力上昇 △ｐ2＝1/2×ρＶ2×[１−(１−Ｓ2/Ｓt)2]／[(１−Ｖ/
ｃ)×{Ｖ/ｃ＋(１−Ｓ2/Ｓt)}] ○１段目圧縮波の伝播速度 Ｕ1＝ｃ×[{(γ＋１)/(γ−１)}×{(１＋△ｐ1/ｐ0)
(γ-1)/2γ −１}＋１] ○２段目圧縮波の伝播速度 Ｕ2＝ｃ×[{(γ＋１)/(γ−１)}×{(１＋△ｐ2/ｐ0)
(γ-1)/2γ −１}＋１] ○トンネル内における圧縮波の１段目と２段目の間隔 Ｌwave＝（Ｌtrain×ｃ）/Ｖ 続いて計算条件について説明すると、 ○列車速度：２４０ｋｍ／ｈ，２７０ｋｍ／ｈ，３００
ｋｍ／ｈ ○列車最大横断面積：７ｍ2，１１ｍ2，１３ｍ2 ○トンネル開口断面積：６３．４ｍ2（山陽新幹線のト
ンネルと同一） ○列車１段目断面積／２段目断面積（比）：0.3，0.3
5，0.4，0.45，0.5，0.55,0.6，0.65，0.7，0.75，0.
8，0.85，0.9 ○列車１段目断面積／２段目断面積の間隔：５ｍ，７.
５ｍ，１０ｍ，１５ｍ，２０ｍ，２５ｍ 計算結果は図１２〜図１６に線図で示すとおりである。
これらの結果から、たとえば１段目と２段目の横断面積
比が０．６以上で、１段目と２段目の横断面積変化領域
の間隔を１５ｍ以上あければ、図１２〜図１４の線図に
示されるように、列車最大横断面積が１１ｍ2 の場合
に、列車速度が３００ｋｍ／ｈでトンネルの距離が８ｋ
ｍ、列車速度が２７０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１１
ｋｍ、列車速度が２４０ｋｍ／ｈでトンネルの距離が１
５ｋｍまでは、トンネル出口までの間に後続（２段目）
の圧縮波が１段目の圧縮波に追いつかないことが確認さ
れる。また、列車速度が速くなるにつれて後続の圧縮波
が前方の圧縮波に追いつきやすくなること、列車最大横
断面積が増大するのにつれて後続の圧縮波が前方の圧縮
波に追いつきやすくなることが確認される。
【００３９】したがって、車体形状の設計に際しては車
体先端から一般断面部（最大横断面積）にわたって横断
面積を段階的に複数に分けて増大させるとともに、それ
らの横断面積変化領域の間隔および各段目間の横断面積
比を、トンネル長さや列車速度等を考慮して決定する必
要がある。
体先端から一般断面部（最大横断面積）にわたって横断
面積を段階的に複数に分けて増大させるとともに、それ
らの横断面積変化領域の間隔および各段目間の横断面積
比を、トンネル長さや列車速度等を考慮して決定する必
要がある。
【００４０】上記に本発明に係る車体形状の実施例を示
したが、本発明は下記のように実施することができる。
すなわち、 車体の上面を後方へ上向きに横断面積が増大するよ
うに変化させるだけでなく、車体の両側面を後方へ外向
きに横断面積が増大するように変化させることができ
る。
したが、本発明は下記のように実施することができる。
すなわち、 車体の上面を後方へ上向きに横断面積が増大するよ
うに変化させるだけでなく、車体の両側面を後方へ外向
きに横断面積が増大するように変化させることができ
る。
【００４１】 横断面積を段階的に変化（増大）させ
る領域は２カ所以上であれば、いくつでもよく、また各
変化領域間には横断面積が一定の領域を車体の前後方向
にできるだけ長く設けることが望ましい。
る領域は２カ所以上であれば、いくつでもよく、また各
変化領域間には横断面積が一定の領域を車体の前後方向
にできるだけ長く設けることが望ましい。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明に係る車体形状によれば、下記のような優れた効
果がある。
本発明に係る車体形状によれば、下記のような優れた効
果がある。
【００４３】(1) 請求項１の発明では、鉄道先頭車両の
車体の先端より一般断面部（最大横断面積部）に至る横
断面積分布において、横断面積が変化（増大）する領域
を車体の前後方向に沿って複数箇所に分けて設けている
ので、車体先端から一般断面部にかけて連続的に横断面
積を増大させた従来の車体形状に比べて、圧力変化の状
態が緩やかになり、しかも段階的に分散されて圧力が最
大に達するから、圧縮波の圧力勾配の時間変化率を低減
することができる。この結果、トンネル出口で発生する
トンネル微気圧波による爆発音を小さくしたり、出口周
辺での家屋の振動などを削減できる。また、上記公報に
記載の従来の車体形状に比べて本発明に係る車体形状は
単純であるから、車体の設計が簡単になるだけでなく、
製作が極めて容易になって、製作に要する期間の短縮を
図れる。
車体の先端より一般断面部（最大横断面積部）に至る横
断面積分布において、横断面積が変化（増大）する領域
を車体の前後方向に沿って複数箇所に分けて設けている
ので、車体先端から一般断面部にかけて連続的に横断面
積を増大させた従来の車体形状に比べて、圧力変化の状
態が緩やかになり、しかも段階的に分散されて圧力が最
大に達するから、圧縮波の圧力勾配の時間変化率を低減
することができる。この結果、トンネル出口で発生する
トンネル微気圧波による爆発音を小さくしたり、出口周
辺での家屋の振動などを削減できる。また、上記公報に
記載の従来の車体形状に比べて本発明に係る車体形状は
単純であるから、車体の設計が簡単になるだけでなく、
製作が極めて容易になって、製作に要する期間の短縮を
図れる。
【００４４】(2) 請求項２の発明では、車体の横断面積
変化領域を２カ所にするので、形状がより簡略化される
とともに、横断面積変化領域の間隔を大きくとりやすく
なるので、２段目の圧縮波が１段目の圧縮波に追いつく
ことを容易に阻止でき、トンネル出口から外部に放射さ
れる微気圧波を低減させる効果を有効に発揮させられ
る。
変化領域を２カ所にするので、形状がより簡略化される
とともに、横断面積変化領域の間隔を大きくとりやすく
なるので、２段目の圧縮波が１段目の圧縮波に追いつく
ことを容易に阻止でき、トンネル出口から外部に放射さ
れる微気圧波を低減させる効果を有効に発揮させられ
る。
【００４５】(3) 請求項３の発明では、圧縮波が２段階
に分散されて低減されるととともに、１段目と２段目の
圧縮波の生じる距離が十分に離れ、かつ横断面積比が大
きいので、トンネルの距離が余程長くならない限り、ト
ンネル出口で分散された微気圧波が集合されて発生する
ことが阻止され、爆発音や振動等を大幅に低減すること
ができる。
に分散されて低減されるととともに、１段目と２段目の
圧縮波の生じる距離が十分に離れ、かつ横断面積比が大
きいので、トンネルの距離が余程長くならない限り、ト
ンネル出口で分散された微気圧波が集合されて発生する
ことが阻止され、爆発音や振動等を大幅に低減すること
ができる。
【図１】本発明の第１実施例に係る先頭車両の車体形状
を示すもので、図１(ａ)は平面図、図１(ｂ)は側面図で
ある。
を示すもので、図１(ａ)は平面図、図１(ｂ)は側面図で
ある。
【図２】本発明の第２実施例に係る先頭車両の車体形状
を示すもので、図２(ａ)は平面図、図２(ｂ)は側面図で
ある。
を示すもので、図２(ａ)は平面図、図２(ｂ)は側面図で
ある。
【図３】本発明の第３実施例に係る先頭車両の車体形状
を示すもので、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)は側面図で
ある。
を示すもので、図３(ａ)は平面図、図３(ｂ)は側面図で
ある。
【図４】本発明の第４実施例に係る先頭車両の車体形状
を示すもので、図４(ａ)は平面図、図４(ｂ)は側面図、
図４(ｃ)は正面図である。
を示すもので、図４(ａ)は平面図、図４(ｂ)は側面図、
図４(ｃ)は正面図である。
【図５】従来の一般的な先頭車両の車体構造を示すもの
で、図５(ａ)は平面図、図５(ｂ)は側面図である。
で、図５(ａ)は平面図、図５(ｂ)は側面図である。
【図６】本発明の第６実施例に係る段付き車体と段無し
車体の断面積分布を表す模式図である。
車体の断面積分布を表す模式図である。
【図７】図９に示す条件に基づいて求めた本発明の段付
き車体モデルによる×位置で測定した圧力変化線図であ
る。
き車体モデルによる×位置で測定した圧力変化線図であ
る。
【図８】図７の圧力変化線図を時間（ｓ）で微分して求
めた線図で、時間に対する圧力の変化率を表している。
めた線図で、時間に対する圧力の変化率を表している。
【図９】本発明の実施例に係る段付き車体がトンネルに
突入する際の圧力変化線図を求めるための計算条件を示
す模式図である。
突入する際の圧力変化線図を求めるための計算条件を示
す模式図である。
【図１０】鉄道先頭車両の１段目列車横断面積と２段目
列車横断面積の大きさや間隔の関係を示す車体モデルの
模式図で、図６に対応するものである。
列車横断面積の大きさや間隔の関係を示す車体モデルの
模式図で、図６に対応するものである。
【図１１】図１０に示す車体モデルの列車がトンネル内
に突入する際の１段目の圧縮波による圧力上昇と２段目
の圧縮波による圧力上昇および両圧縮波の間隔の関係と
１段目圧縮波の伝播速度と２段目圧縮波の伝播速度の関
係を示す模式図である。
に突入する際の１段目の圧縮波による圧力上昇と２段目
の圧縮波による圧力上昇および両圧縮波の間隔の関係と
１段目圧縮波の伝播速度と２段目圧縮波の伝播速度の関
係を示す模式図である。
【図１２】図１２〜図１６は、トンネルの入口に列車が
突入する際に発生した最初（１段目）の微気圧波にトン
ネル出口までの間に後続（２段目）の微気圧波が追いつ
いてしまい、横断面積変化領域を複数に分断した作用効
果が期待できないおそれがあるので、これに関連する要
素である１段目と２段目の横断面積比および１段目と２
段目の間隔（距離）などと有効なトンネル長さの関係に
ついて示す線図である。そして、図１２は列車速度２４
０ｋｍ／ｈ、列車一般部面積１１ｍ2 の場合を示す。
突入する際に発生した最初（１段目）の微気圧波にトン
ネル出口までの間に後続（２段目）の微気圧波が追いつ
いてしまい、横断面積変化領域を複数に分断した作用効
果が期待できないおそれがあるので、これに関連する要
素である１段目と２段目の横断面積比および１段目と２
段目の間隔（距離）などと有効なトンネル長さの関係に
ついて示す線図である。そして、図１２は列車速度２４
０ｋｍ／ｈ、列車一般部面積１１ｍ2 の場合を示す。
【図１３】図１２と同様な線図で、列車速度２７０ｋｍ
／ｈ、列車最大横断面積１１ｍ2の場合を示す。
／ｈ、列車最大横断面積１１ｍ2の場合を示す。
【図１４】図１２と同様な線図で、列車速度３００ｋｍ
／ｈ、列車最大横断面積１１ｍ2の場合を示す。
／ｈ、列車最大横断面積１１ｍ2の場合を示す。
【図１５】図１２と同様な線図で、列車速度２７０ｋｍ
／ｈ、列車最大横断面積７ｍ2 の場合を示す。
／ｈ、列車最大横断面積７ｍ2 の場合を示す。
【図１６】図１２と同様な線図で、列車速度２７０ｋｍ
／ｈ、列車最大横断面積１３ｍ2の場合を示す。
／ｈ、列車最大横断面積１３ｍ2の場合を示す。
１1・１2・１3・１4…車体（本発明例） １…車体（従来例） ２〜４…横断面積変化領域 Ｔ…トンネル
Claims (3)
- 【請求項１】 鉄道先頭車両の車体の先端より一般断面
部（最大横断面積部）に至る横断面積分布において、 横断面積が変化する領域を車体の前後方向に沿って複数
箇所に分けて設けたことを特徴とする鉄道先頭車両の車
体形状。 - 【請求項２】 前記車体の先端部分をやや後方に傾斜さ
せて上方に立ちあげることにより１段目の横断面積変化
領域を形成したのち、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のち、再びやや後方に傾斜させて
上方に立ちあげることにより２段目の横断面積変化領域
を形成した請求項１記載の鉄道先頭車両の車体形状。 - 【請求項３】 前記１段目横断面積／前記２段目横断面
積の面積比が０．６以上で、前記１段目と前記２段目の
横断面積変化領域の間隔を１５ｍ以上にした請求項２記
載の鉄道先頭車両の車体形状。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12842298A JP4243658B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 鉄道先頭車両の車体形状 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12842298A JP4243658B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 鉄道先頭車両の車体形状 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11321640A true JPH11321640A (ja) | 1999-11-24 |
| JP4243658B2 JP4243658B2 (ja) | 2009-03-25 |
Family
ID=14984378
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12842298A Expired - Lifetime JP4243658B2 (ja) | 1998-05-12 | 1998-05-12 | 鉄道先頭車両の車体形状 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4243658B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004155292A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 高速走行用の鉄道先頭車両 |
| EP1566322A1 (fr) * | 2004-02-20 | 2005-08-24 | Alstom Transport S.A. | Véhicule d'extrémité de transport de passagers et/ou de fret, avec un toit dont la hauteur est étagée. |
| WO2017167475A1 (de) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Eisenbahn-triebfahrzeug mit dachübergangselement |
| JP2019199223A (ja) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 移動体の先頭部構造 |
-
1998
- 1998-05-12 JP JP12842298A patent/JP4243658B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004155292A (ja) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 高速走行用の鉄道先頭車両 |
| EP1566322A1 (fr) * | 2004-02-20 | 2005-08-24 | Alstom Transport S.A. | Véhicule d'extrémité de transport de passagers et/ou de fret, avec un toit dont la hauteur est étagée. |
| AU2005200691B2 (en) * | 2004-02-20 | 2011-05-19 | Alstom Transport Technologies | An end vehicle for transporting passengers and/or freight |
| WO2017167475A1 (de) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Eisenbahn-triebfahrzeug mit dachübergangselement |
| US10994751B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-05-04 | Siemens Mobility GmbH | Railway traction vehicle with roof joint element |
| JP2019199223A (ja) * | 2018-05-18 | 2019-11-21 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 移動体の先頭部構造 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4243658B2 (ja) | 2009-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20090146452A1 (en) | Aerodynamic properties of ground vehicles | |
| JPH11321640A (ja) | 鉄道先頭車両の車体形状 | |
| JP4456557B2 (ja) | 高速鉄道車両 | |
| US2685470A (en) | Noise eliminating device for automobile windows | |
| JP4243657B2 (ja) | 鉄道先頭車両の車体構造 | |
| JP4371837B2 (ja) | 鉄道先頭車両の車体構造 | |
| JP2007050746A (ja) | 高速鉄道車両 | |
| CN105307917B (zh) | 设置有流线型机头的高速轨道交通工具 | |
| KR101284021B1 (ko) | 터널 내부의 압력파 및 터널 출구의 미기압파의 저감장치 | |
| CN108612541A (zh) | 缓解隧道气动效应的变截面隧道结构及参数确定方法 | |
| JP2003063386A (ja) | 高速鉄道車両の先頭部形状 | |
| JP2912178B2 (ja) | 鉄道車両 | |
| JP3939218B2 (ja) | 鉄道先頭車両用車体及びこれを用いた鉄道先頭車両 | |
| JP4201756B2 (ja) | 鉄道先頭車両の車体構造 | |
| JP3626760B2 (ja) | 鉄道車両 | |
| JP4076734B2 (ja) | 高速鉄道車両 | |
| JP2005335512A (ja) | 高速走行用の編成列車 | |
| JP4051364B2 (ja) | 高速鉄道車両 | |
| JP2002173022A (ja) | 鉄道車両の車体端部構造 | |
| CN104691630B (zh) | 车辆后部的下端构造 | |
| Winslow et al. | Influence of a scarfed portal on the compression wave generated by a high-speed train entering a tunnel | |
| JPH05321592A (ja) | 消音トンネル | |
| JP2009196446A (ja) | 鉄道先頭車両 | |
| JP2012158258A (ja) | 列車先頭部形状の決定方法 | |
| JP2003048534A (ja) | 空気振動を低減する鉄道車両設計方法及び設計された鉄道車両 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041124 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20070820 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071002 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071126 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20081202 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20081202 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120116 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130116 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140116 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150116 Year of fee payment: 6 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |