在来線切妻型車両の空力特性向上策

1.概要

切妻型先頭部で端部に丸みのほとんど無い車両の場合、先頭部付近の流れが車体表面からはく離して、空気抵抗、通過時圧力変動、トンネル突入時の圧力変動などが増大する傾向にあります。そこで、車体表面に沿ってスムーズに空気が流れるように、はく離を効果的に抑制する先頭部端部の丸み形状と先頭部端部への空力的付加物の設置を提案しました(図1)。

図1 先頭部の丸みと流れのはく離の大きさ

2.丸み形状

風洞実験により在来線車両先頭部まわりの流れの把握および丸み形状の検討を行いました(図2)。また、丸みの効果を評価するために現地試験と模型実験(トンネル微気圧波模型実験装置による)を実施しました。はく離を抑えることによりトンネル突入時圧縮波の圧力勾配最大値を半分以下に低減できることを確認しました 1)

丸み形状の検討結果は、在来線切妻型車両の空力特性を改善するために在来線の一部の新造車両に反映されています。

図2 風洞実験の様子(文献2)

3.空力的付加物(フィン、整流板)

空力的付加物としてフィン(湾曲板)または整流板(平板)を実物車両に仮設し営業線で走行試験を実施しました。フィンは、先頭部の上面と側面の両方または上面のみに、整流板は上面のみに、それぞれ仮設しました(図3)。フィンまたは整流板を付けることにより、流れのはく離が抑制されること、トンネル突入時に圧力が一旦大きく上昇する現象が無くなること(図4)、また、2両編成、120km/hの場合に走行抵抗が約20%低減されること等の効果があることを確認しました 3)。これらの空力的付加物は特許出願中です 4)

既存の切妻型車両の先頭部角部に丸みを持たせる改造には、多くの費用を要する場合があります。本研究で開発した空力的付加物により、丸みを持たせる改造の数分の1程度の費用で空力特性を改善できると見込まれます。

図3 はく離抑制用フィンおよび整流板(営業線試験)
図4 トンネル突入時圧縮波の低減効果(営業線試験)

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参考文献

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