JPH0733017A - 編成車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】鉄道車両の高速化により問題となるトンネル出
口空気圧音を低減する。 【構成】編成車両における両端の先頭車１の車体断面等
価半径を連結部から先頭部へ向って直線状に減少させる
とともに、前位・後位台車間において車体幅が先頭部に
向けて減少するように構成することにより、突入時のト
ンネル入口における圧縮波の波面の圧力勾配は、緩やか
になる。 【効果】突入時のトンネル入口における圧縮波の波面の
最大圧力勾配に依存して発生するトンネル出口からの空
気圧音が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、編成車両に係り、特に
高速でトンネル内を走行するにものに好適な編成車両に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高速車両のトンネル突入時に生じる圧縮
波がトンネル内を伝播し、その一部がトンネル出口から
放射されて生じる空気圧音（微気圧波）の低減方法とし
ては、特公昭５５−３１２７４号公報に記載のように、
トンネル入口に開口断面の大きさがトンネルよりも大き
く、長さがトンネルの直径より大なるフ−ドをその側面
に開口部を設けて設置するものが知られている。このフ
ードによって列車のトンネル突入により発生する圧縮波
の圧力勾配を緩やかにすることにより、該圧縮波がトン
ネル内を伝播後トンネル出口から放射されて生じる空気
圧音を低減するものである。

【０００３】この空気圧音の大きさは、トンネル出口に
到達した圧縮波の波面の圧力勾配に比例し、かつ、突入
時のトンネル入口における圧縮波の波面の圧力勾配は、
車両のトンネル突入速度Ｖの３乗に比例するという性質
を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、車両断面積とトンネル断面積の比率Ｒが０．２１程
度の場合の組合せにおいて、長さ２２ｍのフ−ドの設置
により２４０ｋｍ／ｈ程度までの対策が可能であり、さ
らに、２５０ｋｍ／ｈを超える速度向上に対しても、フ
−ドの長さの延長により、ある程度の対応が可能であ
る。しかし、車両突入時のトンネル入口における圧縮波
の波面の圧力勾配は、該車両のトンネル突入速度Ｖの３
乗に比例して増大するため、２４０ｋｍ／ｈでの突入時
のトンネル入口における圧縮波の波面の圧力勾配を基準
とすると、３００ｋｍ／ｈで約２倍、３５０ｋｍ／ｈで
は約３倍の圧力勾配となり、フ−ドの長さの延長による
対策だけでは十分な対策が困難であるという課題があっ
た。また、トンネル坑口周辺の立地条件によってはフ−
ドの建設あるいは、延長が困難な場合が生じるという課
題があった。

【０００５】本発明の目的は、トンネル突入により発生
した圧縮波がトンネル出口から放射されて生じる空気圧
音を低減し得る編成車両を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、編成における両端の先頭車の車体断面等価半径を連
結部から先頭部へ向けて直線状に減少させるとともに、
前位・後位台車間において車体幅寸法が先頭部に向けて
減少するように構成した編成車両としたものである。

【０００７】また、上記目的を達成するために、両端の
先頭車の車体高さ寸法及び車体幅寸法を連結部から先頭
部へ向けて直線状に減少させて構成して編成車両とした
ものである。

【０００８】さらに、上記目的を達成するために、複数
の車両を連結してなる編成車両において、車体幅方向の
車体寸法が異なる車両を連結しており、車体幅寸法を車
体長手方向について変化させて車体断面等価半径を車体
幅寸法の大きな車両側へ向かって直線的に増大させた車
両を、前記車体幅寸法の異なる車両間に配置したことを
特徴とするものである。

【０００９】

【作用】上記いずれの構成においても、編成車両におけ
る先頭車の車体断面等価半径を連結部から先頭部に向け
て直線状に減少させるとともに、前位・後位台車間にお
いて車体幅寸法が先頭部に向けて減少するように構成す
ることにより、先端部近傍における車体断面積の変化率
を小さく抑えられるため、列車がトンネルに突入した場
合のトンネル入口における圧縮波の圧力上昇を緩やかに
形成できる。また、車体断面寸法が異なる車両間に、車
体幅寸法を変化させ車体断面等価半径を車体断面寸法の
大きな車両側へ向かって直線的に増大させた車両を配置
して、編成車両を構成したものである。それにより突入
時のトンネル入口における圧縮波の波面の最大圧力勾配
が小さくなり、その結果、突入時のトンネル入口におけ
る圧縮波の波面の最大圧力勾配に依存して発生するトン
ネル出口からの空気圧音が低減される。

【００１０】

【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は本発明の第１実施例を示す正面図、図２は
本発明の第１実施例を示す平面図である。図１及び図２
において、１は編成車両における両端の先頭車、２ａは
編成車両における先頭車１に続く中間車、３ａは先頭車
１と中間車２ａの連結部、６は先頭車１の先端部、４は
先頭側の前位台車中心位置、５は連結部３ａ寄りの後位
台車中心位置である。ここで、先頭車１の車体高さ寸法
及び車体幅寸法はともに、連結部３ａから先頭車１の先
端部６に向かって直線状に減少するとともに、前位台車
中心位置４と後位台車中心位置５の間において車体幅が
先端部６に向けて減少するように形成しており、車体高
さ寸法については、先端部６の近傍Ａ点を基点として、
勾配が（１／ＫＨ１）と（１／ＫＨ２）の２つの直線で
近似し、さらに、車体幅寸法については、先端部６近傍
Ａ点を基点とし、勾配が（１／ＫＷ１）と（１／ＫＷ
２）の２つの直線で近似することにより、車体等価半径
Ｒを連結部３ａかに先端部６に向けて直線状に減少させ
ている。

【００１１】図３は横軸に先端部６からの長さｘと最大
車体断面積Ａｍａｘより求めた最大等価半径Ｒｍａｘの
比をとり、縦軸に先端部６からの任意の長さｘにおける
車体断面積Ａより求めた等価半径Ｒと最大等価半径Ｒｍ
ａｘの比をとり、等価半径Ｒの先端部６から一様断面に
至るまでの変化を無次元化表示したものである。同図に
おいて、カ−ブ７は楕円の短軸に対する長軸の比率（ア
スペクト比：Ｋ）を７とした回転楕円体形状、カ−ブ８
はアスペクト比１０相当の円錐の先端を球面に加工しア
スペクト比４相当まで短くした形状、カ−ブ９はアスペ
クト比１０相当の円錐の先端を球面に加工しアスペクト
比６相当まで短くした形状の等価半径Ｒの変化を表して
いる。さらに、同図においてカ−ブ１０は本実施例にお
ける等価半径Ｒの変化を表している。

【００１２】図４は図３の等価半径Ｒの変化率の先頭部
を有する回転体を用いた模型試験により、列車のトンネ
ル突入時のトンネル入口における圧縮波の波面の圧力勾
配の違いを求めたものであり、回転楕円体のアスペクト
比Ｋ＝２の圧力勾配を基準とした比率で表している。ア
スペクト比Ｋ＝１０相当の円錐の先端を球面に加工した
形状では、アスペクト比６相当まで短くした場合及び４
相当まで短くした場合のいずれも、より先頭部長さの長
い回転楕円体形状のアスペクト比Ｋ＝７の結果と比べて
圧力勾配比が低減されている。これは、回転楕円体の断
面積変化率は先端部６近傍では大きく、その後徐々に小
さくなる性質であるのに対して、円錐の先端を球面に加
工した形状では、先端部６近傍の点Ａ近くの断面積変化
率を小さく構成でき、その後徐々に大きくなる性質とな
っているためである。

【００１３】本実施例において、等価半径Ｒの変化は図
３のカ−ブ１０と一致するように車体高さ寸法及び車体
幅寸法の勾配を形成している。即ち、まず点Ａを基点と
して等価半径Ｒの勾配を（１／Ｋ１）と一致させるた
め、次式（数１）の関係を満たすように車体高さの勾配
（１／ＫＨ１）と、車体幅の勾配（１／ＫＷ１）の関係
を構成している。

【００１４】

【数１】 Ａ＝π・（ｘ／Ｋ１）²≒（２ｘ／ＫＷ１）・（ｘ／ＫＨ１）…（数１） さらに、点Ｂ以降における車体断面積変化がより緩やか
になるように、等価半径Ｒの勾配を（１／Ｋ２）と一致
させるため、次式（数２）の関係を満たすように車体高
さの勾配（１／ＫＨ２）と、車体幅の勾配（１／ＫＷ
２）の関係を構成している。

【００１５】

【数２】 Ａ＝π・（ｘ／Ｋ２）²≒（２ｘ／ＫＷ２）・（ｘ／ＫＨ２）…（数２） 上記実施例においては、先端部６近傍点Ａからの第１領
域における車体断面積変化を図３のカ−ブ８及び９の勾
配とあわせてあり、さらに、点Ｂからの第２領域におけ
る車体断面積変化をより緩やかな勾配（１／Ｋ２）で構
成しており、図４におけるカ−ブ９の圧力勾配低減効果
と同等以上の効果が得られる。これにより、圧力勾配に
ほぼ比例して発生するトンネル出口からの空気圧音を低
減することができる。また、本実施例においては、先頭
車１は先端部６へ向けて車体幅を減少させているので先
頭車１の幅方向の座席数が図２のように中間車２ａの幅
方向の座席数より少なくなるものの、編成車両の全ての
幅方向の座席数を減じて小断面化を図り同様な圧力勾配
低減効果を意図する場合に比べて、乗車定員の減少を最
小限に留めた状態での高速化が可能となる。

【００１６】なお、上記実施例においては、先頭車１の
車体断面等価半径を中間車２ａとの連結部３ａに向けて
直線状に増大させるいるが、先頭車１を基準として２両
目以降の中間車２ａ〜２ｎのいずれかに同様な車体断面
等価半径の変化を形成することによっても同様な効果が
もたらされる。図５に示す平面図によって説明する。同
図において第１実施例と同一符号は同一部材を示すもの
である。同図において、先頭車１に続く中間車２ａにお
いて、先頭車１を基準として３両目の中間車２ｂとの連
結部３ｂに向けて車体幅寸法を（１／ＫＷ３）の勾配で
増大させており車体高さ寸法についても図示しない（１
／ＫＨ３）の勾配で増大させることにより中間車２ａか
ら中間車２ｂにかけての圧力上昇を緩やかにでき、圧力
勾配の低減効果を得ることができる。本実施例において
も編成車両の全ての幅方向の座席数を減じて小断面化を
図ることにより圧力勾配低減効果を意図する場合に比べ
て、乗車定員の減少を最小限に留めた状態での高速化が
可能となる。なお、本実施例においては、車体幅寸法及
び車体高さ寸法をそれぞれ車体断面寸法が大きな車両に
向かって直線的に増大させるものについて説明したが、
車体幅寸法のみを直線的に車体幅寸法の大きな車両側へ
向けて増大させる構造としても、同等の効果を達成する
ことができる。また、車体幅寸法が変化する車両におい
ては、輪軸寸法については同様とし、台車の台車枠及び
車体支持機構の寸法を車体幅寸法に対応して車体断面寸
法の大きな部分の台車或いは車体断面寸法の大きな車両
の台車よりもそれぞれの仕様を小さく構成する配慮が必
要である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、編
成車両における両端の先頭車の車体断面等価半径を連結
部に向けて直線状に増大させるとともに、前位・後位台
車間において車体幅が先頭部に向けて減少するように構
成することにより、突入時のトンネル入口における圧縮
波の波面の最大圧力勾配が緩やかになる。その結果、突
入時のトンネル入口における圧縮波の波面の最大圧力勾
配に依存して発生するトンネル出口からの空気圧音を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による編成車両の第１実施例を示す側面
図である。

【図２】本発明による編成車両の第１実施例を示す平面
図である。

【図３】車体断面積等価半径の長さ方向の変化を表した
図である。

【図４】本発明による鉄道車両のトンネル突入時の圧力
勾配低減効果を示すグラフである。

【図５】本発明による編成車両の第２実施例を示す平面
図である。

【符号の説明】

１…先頭車、２ａ〜２ｎ…中間車。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平川 治生 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】編成における両端の先頭車の車体断面等価
   半径を連結部から先頭部へ向けて直線状に減少させると
   ともに、前位・後位台車間において車体幅寸法が先頭部
   に向けて減少するように構成したことを特徴とする編成
   車両。
2. 【請求項２】請求項１に記載の編成車両において、両端
   の先頭車の車体高さ寸法及び車体幅寸法を連結部から先
   頭部へ向けて直線状に減少させたことを特徴とする編成
   車両。
3. 【請求項３】複数の車両を連結してなる編成車両におい
   て、車体幅方向の車体寸法が異なる車両を連結してお
   り、車体幅寸法を車体長手方向について変化させて車体
   断面等価半径を車体幅寸法の大きな車両側へ向かって直
   線的に増大させた車両を、前記車体幅寸法の異なる車両
   間に配置したことを特徴とする編成車両。