トンネル微気圧波模型実験装置/トンネル空気力学模型実験装置

1.トンネル微気圧波模型実験装置

トンネル微気圧波などの列車とトンネルの流体力学的干渉に起因する現象や、明かり区間の列車通過時圧力変動の現象を対象とする場合、模型実験が非常に有効な研究手法となります。流体の圧縮性が関係する現象では、模型の速度はできるだけ実物に近い速度とすることが重要です。旧国鉄の鉄道技術研究所では、最高速度50km/hの発射装置を製作(1958年)し、微気圧波に関する基礎的な実験を行い、多くの研究成果が得られました。鉄道総研設立後、模型の発射方式などの大きな改良を数度に渡って行い、現在では最高速度450km/h以上の高速域での実験を非常に効率よく実施することができるようになっています。鉄道総研の発射装置からは、数多くの高速車両先頭部やトンネル緩衝工のデザインが生まれ、日本の国内外における鉄道の高速化に貢献しています。また最近では、従来から用いられてきた軸対称形状の列車模型だけでなく、実物に相似な三次元列車模型を用いた実験も行っています。

図1 トンネル微気圧波模型実験装置(装置全景)
動画1 トンネル微気圧波模型実験装置(実験の様子)

2.トンネル空気力学模型実験装置

大深度地下トンネルのような長大トンネル内を列車が高速で走行した際の空力現象を対象とするために、平成15年度に新たな実験装置を製作しました。この装置は、最高速度550km/hで模型を発射する性能を有しており、上記の装置に比べて測定区間が約2倍(20m)になっているため、トンネル内部で発生する圧力変動や圧力波の現象をより詳しく再現することができます。本装置は、トンネル微気圧波や明かり区間の列車通過時圧力変動を対象とした実験だけでなく、地下駅環境などトンネル内での圧力変動現象を対象とした実験に活用されています。(この装置は国庫補助金を受けて製作されました。)

図2 トンネル空気力学模型実験装置
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