(57)【要約】【課題】被着雪体に対する着雪形状を適切に予測し、予測された着雪形状に基づいて、適切に着雪を抑制することができる被着雪体を提供する。【解決手段】被着雪体に対する着雪形状予測方法であって、雪質に応じて予め定められた、前記被着雪体の被着雪面の端部における着雪接線方向の気流の基準速度に基づいて、前記気流の速度に応じた前記端部における基準角度を算出し、前記基準角度を、前記端部における着雪の接線方向と前記気流の直交方向との角度と設定し、前記着雪の断面形状を予測する。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被着雪体に対する着雪形状予測方法であって、
雪質に応じて予め定められた、前記被着雪体の被着雪面の端部における着雪接線方向の気流の基準速度に基づいて、前記気流の速度に応じた前記端部における基準角度を算出し、
前記基準角度を、前記端部における着雪の接線方向と前記気流の直交方向との角度と設定し、
前記着雪の断面形状を予測することを特徴とする、着雪形状予測方法。
【請求項２】
前記被着雪面は、前記被着雪体における前記気流の投影範囲に含まれる面であることを特徴とする、請求項１に記載の着雪形状予測方法。
【請求項３】
前記着雪の断面形状を予測する前に、前記雪質、前記気流の速度及び前記基準角度との関係を予め導出することを特徴とする、請求項１または２に記載の着雪形状予測方法。
【請求項４】
前記雪質は、雪の含有水分量と粒子形状により定まることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の着雪形状予測方法。
【請求項５】
被着雪体の着雪抑制形状であって、
雪質に応じて予め定められた、前記被着雪体の被着雪面の端部における着雪接線方向の気流の基準速度に基づいて、前記気流の速度に応じた前記端部における基準角度を算出し、
前記被着雪体の被着雪面の方向と前記被着雪体に対する気流の直交方向との角度が、前記基準角度以上になるように決定された、当該被着雪面を有することを特徴とする、被着雪体の着雪抑制形状。
【請求項６】
前記被着雪体は列車の台車カバーであることを特徴とする、請求項５に記載の着雪抑制形状。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、着雪形状予測方法および着雪を抑制するための被着雪体の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
降雪地帯において送電線や信号機等の被着雪体に雪が付着すると、被着雪面に対して雪の塊ができ、その雪の重さで電線が破断したり、時には電柱や信号機、鉄塔が倒壊したりする。さらに、付着した雪が落下した反動で電線同士が接触して短絡することで、停電が発生する場合もある。
【０００３】
このような着雪による被害の発生を抑制するためには、被着雪体に対する着雪量を軽減することが必要になる。被着雪体に対する着雪量の軽減は、例えば着雪が生じにくい被着雪面形状を有する被着雪体を開発することにより行われる。そしてかかる形状開発を適切に行うためには、被着雪体への着雪量や着雪の最終形状を正確に把握することが重要になる。
【０００４】
特許文献１には、電線の着雪形状検出装置が開示されている。特許文献１に記載の着雪形状検出装置によれば、電線の内側に半径方向に沿って放射状に配置した反射型赤色センサを、電線の長手方向、複数箇所に設置することにより、立体的な着雪形状をリアルタイムで検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２６７６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示すように、被着雪体に対する着雪形状をリアルタイムで検出することが従来提案されている。しかしながらこの一方で、被着雪体に対する着雪メカニズムについては未だ解明されておらず、被着雪体の形状開発には多大な労力を必要とする。すなわち、被着雪体に対する着雪形状や着雪量を事前に把握することには困難性があった。
【０００７】
そこで本発明は、被着雪体に対する着雪形状を適切に予測し、予測された着雪形状に基づいて、適切に着雪を抑制することができる被着雪体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、被着雪体に対する着雪形状予測方法であって、雪質に応じて予め定められた、前記被着雪体の被着雪面の端部における着雪接線方向の気流の基準速度に基づいて、前記気流の速度に応じた前記端部における基準角度を算出し、前記基準角度を、前記端部における着雪の接線方向と前記気流の直交方向との角度と設定し、前記着雪の断面形状を予測することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、浮遊する雪粒子の雪質により一義的に定まる被着雪面の接線方向の基準速度を設定することのみによって、気流の速度に応じた着雪面の端部における着雪の基準角度を算出し、容易に被着雪体に対する着雪形状を予測することができる。
【００１０】
前記被着雪面は、前記被着雪体における前記気流の投影範囲に含まれる面であってもよい。
【００１１】
前記着雪の断面形状を予測する前に、前記雪質、前記気流の速度及び前記基準角度との関係を予め導出してもよい。
【００１２】
前記雪質は、前記雪の含有水分量と粒子形状により定めてもよい。
【００１３】
別な観点に係る本発明は、被着雪体の着雪抑制形状であって、雪質に応じて予め定められた、前記被着雪体の被着雪面の端部における着雪接線方向の気流の基準速度に基づいて、前記気流の速度に応じた前記端部における基準角度を算出し、前記被着雪体の被着雪面の接線方向と前記被着雪体に対する気流の直交方向との角度が、前記基準角度以上になるように決定された、当該被着雪面を有することを特徴としている。
【００１４】
前記被着雪体は列車の台車カバーであってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、被着雪体に対する着雪形状を適切に予測し、予測された着雪形状に基づいて、適切に着雪を抑制することができる被着雪体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】着雪装置の構成の概略を模式的に示す（ａ）側面図（ｂ）平面図である。
【図２】保持部に保持された被着雪体を模式的に示す平面図である。
【図３】着雪試験の主な工程を示すフローチャートである。
【図４】試験時間と着雪量との関係を模式的に示すグラフである。
【図５】試験体に対する着雪形状を模式的に示す説明図である。
【図６】試験体に対する着雪形状を模式的に示す説明図である。
【図７】着雪試験結果の一例を示すプロット図である。
【図８】着雪試験結果の一例を示すプロット図である。
【図９】着雪試験結果の一例を示す断面図である。
【図１０】着雪試験結果の一例を示す断面図である。
【図１１】着雪形状予測手法の主な工程を示すフローチャートである。
【図１２】着雪形状予測手法の主な工程を示す説明図である。
【図１３】着雪形状予測手法の別の工程を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明にかかる着雪形状予測をするにあたっての着雪試験を行う着雪装置ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
＜着雪装置の構成＞
図１は、着雪装置１の構成の概略を模式的に示す（ａ）側面図（ｂ）平面図である。着雪装置１においては、試験体１０に対して雪試料Ｓ´を吹き付けることにより着雪させ、試験体１０に対する雪試料Ｓ´の着雪形状を撮像する。
【００１９】
なお、本着雪試験における試験体１０としては、単純形状模型として四角柱（１５２ｍｍ×１５２ｍｍ×１５２ｍｍ）を用いた。また試験体１０の表面には、雪試料Ｓ´が着雪する面（以下、「被着雪面１０ａ」という。）において後述の着雪表面Ｓａが形成されることを促進するため、フェルト（図示せず）を貼り付けた。
【００２０】
図１に示すように着雪装置１は、着雪装置１０の内部に試験気流Ｆ´を形成するための送風機１１と、着雪装置１の内部に雪試料Ｓ´を供給するための雪供給部１２と、試験体１０を保持する保持部１３と、試験体１０への雪試料Ｓ´の着雪形状を撮像するためのカメラ１４と、を有している。
【００２１】
送風機１１は、着雪装置１の内部において水平方向（図１におけるＸ軸方向）に試験気流Ｆ´を形成する。なお以下の説明においては、着雪装置１の内部にはＸ軸方向負方向側から正方向側に向けての試験気流Ｆ´が形成され、当該試験気流Ｆ´の上流側（Ｘ軸方向負方向側）を単に「上流側」、試験気流Ｆ´の下流側（Ｘ軸方向正方向側）を単に「下流側」という場合がある。
【００２２】
雪供給部１２は例えば着雪装置１の天井面上部であって、送風機１１の下流側に設けられ、着雪装置１の天井面から着雪装置１の内部に雪試料Ｓ´を供給可能に構成されている。すなわち、雪試料Ｓ´を着雪装置１の内部に形成される試験気流Ｆ´に対して供給可能に構成されている。また、着雪装置１に対する雪試料Ｓ´の供給量は調節自在となっている。
【００２３】
保持部１３は着雪装置１の内部における雪供給部１２の下流側に設けられており、これにより雪供給部１２から供給された雪試料Ｓ´が試験気流Ｆ´に乗って、試験体１０の試験気流Ｆ´の投影範囲である被着雪面１０ａに着雪する。なお保持部１３は、保持した試験体１０をＸ軸方向およびＺ軸方向に移動自在に構成されている。すなわち、試験体１０の床面からの高さＨおよび雪供給部１２との間の距離Ｌが調節可能に構成されている。
【００２４】
また保持部１３は、図２に示すように、試験体１０を鉛直軸回りに回転可能に構成されている。以下の説明において、試験気流Ｆ´の進行方向（図中のＸ軸方向）と、試験気流Ｆ´に対する断面視における被着雪面１０ａとが成す角度を「風向角度θ（４５°≦θ≦９０°）」という。
【００２５】
なお、図２に示すように試験体１０を回転させた場合、試験気流Ｆ´の投影範囲である２面が雪試料Ｓ´が着雪する被着雪面１０ａとして設定される。かかる場合、被着雪面１０ａの一の面（Ｙ軸方向正方向側の面）における風向角度θを風向角度θ１、被着雪面１０ａの他の面（Ｙ軸方向負方向側の面）における風向角度θを風向角度θ２とする。
【００２６】
カメラ１４は、保持部１３に保持される試験体１０の上方に設けられており、試験体１０に対する雪試料Ｓ´の着雪形状を撮像する。また、カメラ１４は所定の時間毎に試験体１０の着雪形状を撮像可能であり、このように撮像された着雪形状を時間毎に比較することにより、着雪の成長速度を測定することができる。
【００２７】
着雪試験を行うための着雪装置１は以上のような構成を有しているが、着雪装置１の構成はこれに限定されず、任意の構成を取り得る。
【００２８】
＜着雪試験方法＞
続いて、以上のように構成された着雪装置１を用いて行われる着雪試験方法について説明する。図３は、本実施形態にかかる着雪試験の主な工程を示すフローチャートである。
【００２９】
着雪試験においては、先ず、事前準備として試験体１０が保持部１３に載置され、風向角度θが決定される。また雪供給部１２に対して雪試料Ｓ´が投入される（図３のステップＰ１）。
【００３０】
また、着雪装置１の内部における雪試料Ｓ´の密度分布は、試験気流Ｆ´の風速によって一様とはならない。そこで事前準備として、前記密度分布に応じて試験体１０の位置、すなわち高さＨと距離Ｌが調節される（図３のステップＰ２）。
【００３１】
着雪試験の事前準備が完了すると、雪供給部１２からの雪試料Ｓ´の供給が開始されると共に、送風機１１により所定の風速で試験気流Ｆ´が形成され、試験体１０に対する雪試料Ｓ´の吹き付けが開始される（図３のステップＰ３）。
【００３２】
試験体１０に対する雪試料Ｓ´の着雪が開始すると、所定の時間毎にカメラ１４による着雪形状の撮像が行われる（図３のステップＰ４）。
【００３３】
試験体１０に対する雪試料Ｓ´の着雪量は、図４に示すように、時間経過とともに増加し、試験体１０の大きさや試験空間の大きさ等の制約を受けて定常状態に達する。具体的には、先ず、雪試料Ｓ´が試験体１０の被着雪面１０ａに吹き付けられて付着する（図４の過程Ａ）。被着雪面１０ａが雪試料Ｓ´で覆われて着雪表面Ｓａが形成されると、続いて雪試料Ｓ´は着雪表面Ｓａに吹き付けられて付着し、着雪が成長する（図４の過程Ｂ）。そして、着雪表面Ｓａに対する雪試料Ｓ´の吹き付けにより着雪が十分に成長すると、着雪形状がそれ以上変化しない状態、すなわち定常状態（図４の過程Ｃ）に達する。
【００３４】
なお「着雪表面Ｓａ」とは、付着した雪試料Ｓ´により形成される表面である。すなわち図５に示すように、過程Ａにおいて被着雪面１０ａに雪試料Ｓ´が付着することにより形成され、過程Ｂにおいて雪試料Ｓ´が付着することにより成長する面のこという。
【００３５】
前記ステップＰ４における撮像は、着雪量が定常状態となるまで所定の時間毎に行われる。
【００３６】
試験体１０に対する着雪量が定常状態に達すると、雪供給部１２からの雪試料Ｓ´の供給および送風機１１による試験気流Ｆ´の形成が停止される（図３のステップＰ５）。そして試験体１０に成長した着雪の厚み、質量、密度及び着雪の成長速度を測定、算出し（図３のステップＰ６）、一連の着雪試験が終了する。
【００３７】
なお本実施の形態においては、以下の表１に示す条件で試験気流Ｆ´の風速、風向角度θ１および試験体１０の設置位置を変化させてそれぞれ試験を行った。具体的には表１に示すように、試験気流Ｆ´の風速が２．５ｍ／ｓ、距離Ｌが１３２８ｍｍ、高さＨが３５５ｍｍの条件下で、風向角度θ１を４５°、６０°、７５°、９０°と変化させた。また、試験気流Ｆ´の風速が５．０ｍ／ｓ、距離Ｌが３０１４ｍｍ、高さＨが３３０ｍｍの条件下で、風向角度θ１を６０°、７５°、９０°と変化させた。また、試験気流Ｆ´の風速が１０．０ｍ／ｓ、距離Ｌが３０１４ｍｍ、高さＨが３３０ｍｍの条件下で、風向角度θ１を９０°とした。
【００３８】
【表１】
2020173147.tif 000003
【００３９】
＜着雪試験結果＞
続いて、以上の着雪試験により得られた着雪試験結果に基づいて、被着雪面１０ａに対する雪試料Ｓ´の着雪について考察する。表２、表３は着雪試験結果の一例を示している。
【００４０】
【表２】
2020173147.tif 000004
【００４１】
【表３】
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【００４２】
なお、表２に示す着雪角度φとは、被着雪面１０ａと着雪とにより形成される角度である。すなわち、図５（ａ）に示すように被着雪面１０ａの形成方向と被着雪面１０ａの端部における着雪の接線方向とにより形成される角度である。なお、被着雪面１０ａの一端部（被着雪面１０ａのＹ軸正方向側端部）における着雪角度を着雪角度φ１、他端部（被着雪面１０ａのＹ軸負方向側端部）における着雪角度を着雪角度φ２とする。なお、表２においては着雪角度φ１の結果について記載をしている。
【００４３】
また、表２に示す基準角度ψとは、図５（ｂ）に示すように試験気流Ｆ´の進行方向に直交する方向に延伸する面を基準面（以下、「基準面１０ｓ」という。）として設定し、当該基準面１０ｓと着雪とにより形成される角度である。すなわち、図５（ｂ）に示すように試験気流Ｆ´の直交方向と被着雪面１０ａの端部における着雪の接線方向とにより形成される角度である。なお、被着雪面１０ａの一端部における基準角度を基準角度ψ１、他端部における基準角度を基準角度ψ２とする。なお、表２においては基準角度ψ１の結果について記載をしている。また、基準角度ψは以下の（１）式により表すことができる。
基準角度ψ＝着雪角度φ＋（９０°−風向角度θ）・・・（１）
【００４４】
また表２における「最大厚みＴ」とは、図５に示すように被着雪面１０ａからの垂直方向に対する雪試料Ｓ´の着雪最大厚みを示している。
【００４５】
また表３における「接線方向速度」および「法線方向速度」とは、それぞれ図６に示すように、着雪の端部における試験気流Ｆ´の風速Ｕの、接線方向成分（Ｕｓｉｎφ）と法線方向成分（Ｕｃｏｓφ）をそれぞれ示している。
【００４６】
表２および図７に示すように、試験気流Ｆ´の風速が同じであっても、風向角度θによって着雪角度φは異なる結果となった。具体的には、風向角度θが大きくなるにつれ、着雪角度φ１が大きくなった。また今回の試験条件においては、風速２．５ｍ／ｓにおいては風向角度θ＝４５°まで着雪が生じたが、風速５．０ｍ／ｓでは風向角度θ＝６０°になると着雪は生じなかった。また、風速１０ｍ／ｓでは風向角度θ＝９０°であっても着雪は生じなかった。
【００４７】
この一方で、表２および図８に示すように、基準角度ψ１は風向角度θによらずおよそ一定の値を示した。
【００４８】
図９（ａ）〜（ｄ）は、風速２．５ｍ／ｓにおいて、風向角度θをそれぞれ９０°、７５°、６０°、４５°と変化させた場合の、定常状態における着雪形状を模式的に示す断面図である。表２および図９に示すように、風速２．５ｍ／ｓでは基準角度ψ１は風向角度θによらず約６０°となった。なお、風速５ｍ／ｓでは基準角度ψ１は風向角度θによらず約３０°となった。
【００４９】
なお図示は省略するが、風向角度θが大きくなるにつれ着雪角度φ２は小さくなった。また、この一方で基準角度ψ２は風向角度θによらずおよそ一定の値を示し、風速２．５ｍ／ｓでは基準角度ψ２は約６０°、風速５ｍ／ｓでは基準角度ψ２は約３０°となった。
【００５０】
以上の結果を換言すれば、基準角度ψ１およびψ２は風向角度θによらずおよそ一定の値を示し、また、基準角度ψ１およびψ２はそれぞれおよそ同値となった。
【００５１】
また表３に示すように、被着雪面１０ａの両端部における試験気流Ｆ´の接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）は、試験気流Ｆ´の風速を２．５ｍ／ｓ〜１０ｍ／ｓの範囲で変化させても、２．３ｍ／ｓ〜２．５ｍ／ｓとなり、およそ一定の値を示した。これは、前記定常状態においては、着雪表面Ｓａに衝突した雪試料Ｓ´が着雪せず、接線方向に反射することに起因すると考えられる。
【００５２】
なお本発明者らは、かかる試験気流Ｆ´の接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）は、雪試料Ｓ´の雪質に応じて変化することも知見した。具体的には、例えば雪試料Ｓ´に含まれる水分量が増加すると、試験気流Ｆ´の接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）が増加することが分かった。このように、雪試料Ｓ´の雪質、具体的には雪試料Ｓ´に含まれる水分量、雪試料Ｓ´の形状等、が一定であれば、定常状態における接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）が一義的に定まることを知見した。
【００５３】
すなわち、雪試料Ｓ´の雪質に応じて接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）が一義的に定まるため、試験気流Ｆ´の風速（Ｕ）が決定することにより、被着雪面１０ａに対する着雪の基準角度ψを一義的に導出することができる。換言すれば、試験気流Ｆ´の風速（Ｕ）と基準角度ψとの関係を、雪試料Ｓ´の雪質に応じて一義的に導出することができる。なお、かかる雪質に応じて一義的に定まる接線方向速度（Ｕｓｉｎψ）を、以下「基準速度」という場合がある。
【００５４】
そしてこれらを鑑みると、雪試料Ｓ´が着雪表面Ｓａに着雪するか否かは、被着雪面１０ａに対する着雪角度φが、前記関係により導出される基準角度ψに達しているか否かで決まるものと考えられる。これは、試験気流Ｆ´の風速によって着雪角度θに臨界角度があるものと換言することができる。そして、着雪角度φがかかる臨界角度に達した場合、着雪表面Ｓａにおける試験気流Ｆ´の基準速度が雪質に応じた一定の値となり、これにより着雪形状（着雪量）が前述の定常状態に達するものと考えられる。
【００５５】
また表２に示すように、試験気流Ｆ´の風速が増加した場合、被着雪面１０ａの両端部における試験気流Ｆ´の法線方向速度（Ｕｃｏｓψ）が増加した。
【００５６】
また表２に示すように、風向角度θと着雪密度の間には大きな相関は無かった。この一方で、試験気流Ｆ´の風速が大きくなるにつれ、着雪密度が増加した。
【００５７】
着雪密度には着雪表面Ｓａにおける試験気流Ｆ´の法線方向速度、すなわち雪試料Ｓ´が着雪表面Ｓａに対して入射する際の鉛直方向の衝撃が影響するものと考えられる。そして、かかる法線速度に対して試験気流Ｆ´の風速が大きく影響する一方で、風向角度θの影響が十分に小さいものであることが考えられる。
【００５８】
続いて、被着雪面１０ａに対する着雪の成長速度の測定結果について表４及び図１０を参照して考察する。表４は前記所定の時間毎の被着雪面１０ａに対する着雪厚みの測定結果の一例を示している。本実施の形態にかかる着雪試験においては、前述のようにカメラ１４を用いて５分毎に着雪形状の撮像を行った。なお「着雪厚み」とは、各時間における被着雪面１０ａからの垂直方向に対する雪試料Ｓ´の着雪最大厚みを示している。また図１０（ａ）〜（ｄ）は、風速が２．５ｍ／ｓまたは５．０ｍ／ｓの条件下で、風向角度θを９０°または７５°で変化させた場合における被着雪面１０ａに対する着雪形状の成長過程の一例をそれぞれ模式的に示す平面図である。なお、図中に置ける実線で示す着雪形状は定常状態における着雪形状、破線で示す着雪形状は定常状態に到る過程における着雪形状をそれぞれ示している。
【００５９】
【表４】
2020173147.tif 000006
【００６０】
表４及び図１０に示すように、時間毎における着雪厚みの差分値、すなわち被着雪面１０ａに対する着雪の成長速度は、被着雪面１０ａの垂直方向に対して一定であることがわかった。より具体的には、被着雪面１０ａに対する雪試料Ｓ´の着雪は、着雪角度φが前記臨界速度に達するまでの間、一定の速度で進行することがわかった。またかかる着雪の成長は、風向角度θおよび風速によらず被着雪面１０ａの法線方向に対して一定の速度で進行することがわかった。
【００６１】
また本発明者らは、被着雪面１０ａに対する着雪の成長速度は、雪試料Ｓ´の供給量に応じて変化することも知見した。具体的には、例えば雪試料Ｓ´の供給量に比例して、着雪の成長速度が増加することが分かった。
【００６２】
＜着雪形状予測手法＞
続いて、以上の着雪試験結果に基づいて被着雪体２０に対する着雪形状の予測手法について説明する。図１１は、着雪形状推定手法の主な工程を示すフロー図である。図１２は着雪形状推定手法の主な工程の説明図である。なお、本実施の形態にかかる着雪形予測においては、気流Ｆの進行方向の断面視（図１（ｂ）に示す着雪装置１の平面図）において、被着雪体２０に対する雪Ｓの着雪形状を推定する。
【００６３】
本実施の形態にかかる着雪形状予測を実行するには、雪質に基づいて一義的に定まる被着雪体２０の被着雪面２０ａの端部における前記基準速度を、予め求めておく。また求められた基準速度から、気流Ｆの風速と被着雪面２０ａの両端部における基準角度との関係を算出する（図１１のステップＱ０）。すなわち、雪質に応じて一義的に定まる、気流Ｆの風速と基準角度との関係を算出しておく。なお、かかる風速と基準角度ψとの関係とは、少なくとも着雪形状の予測対象となる気流Ｆの風速条件下における関係である。
【００６４】
着雪形状の予測にあたっては、先ず、図１２（ａ）に示すように被着雪体２０の被着雪面２０ａおよび基準面２０ｓを設定する（図１１のステップＱ１）。ここで被着雪面２０ａは気流Ｆに乗って雪Ｓが直接衝突する全面であり、被着雪体２０に対する気流Ｆの投影範囲である。基準面２０ｓは、断面視における被着雪面２０ａの両端部、すなわち前記投影範囲の両端部において、気流Ｆの進行方向に対する直交方向にそれぞれ設定される。
【００６５】
被着雪面２０ａおよび基準面２０ｓを設定すると、続いてステップＱ０で予め求められた前記関係から、気流Ｆの風速における臨界角度としての基準角度ψを導出する（図１１のステップＱ２）。かかる際、基準角度ψは風向角度θに依らず風速により一義的に定まるため、被着雪面２０ａの両端部において同値となる。基準角度ψは前述のように、前記定常状態において基準面２０ｓと被着雪面２０ａの端部における着雪の接線方向とにより形成される角度である。
【００６６】
そして基準角度ψが導出されると、図１２（ｂ）に示すようにステップＱ１において設定した被着雪面２０ａの両端部において、基準面２０ｓからステップＱ２において設定された基準角度ψで、定常状態における着雪形状の接線を作図する（図１１のステップＱ３）。
【００６７】
続いて、図１２（ｃ）に示すようにステップＱ３において作図した接線を気流Ｆの上流側に延長する（図１１のステップＱ４）。そして、このようにステップＱ４において作図された接線および被着雪面２０ａにより囲まれた領域を、図１２（ｄ）に示すように気流Ｆの進行方向の断面視における最大着雪領域Ｒ１と推定することができる。
【００６８】
なお、ステップＱ３において作図した接線に応じて、図１３（ａ）に示すように被着雪面２０ａの両端部から円弧を作図してもよい（図１１にステップＱ５）。
【００６９】
そして、このようにステップＱ３において作図された円弧および被着雪面２０ａにより囲まれた領域を、図１３（ｂ）に示すように気流Ｆの進行方向の断面視における着雪領域Ｒ２と推定してもよい。
【００７０】
以上説明したように、本発明によれば被着雪体２０に対する着雪形状を予測することができる。具体的には、雪質に応じて気流Ｆの風速Ｕに対する臨界角度としての着雪角度ψが一義的に決定される。このように、被着雪面２０ａに対する着雪の臨界角度が気流Ｆの風速により一義的に決定するため、風速に応じて適切に着雪形状を予測することができる。
【００７１】
本実施形態によれば、浮遊する雪粒子の雪質により一義的に定まる被着雪面の接線方向速度を設定することのみによって、風速に応じた着雪面の両端部における着雪の基準角度を算出し、容易に被着雪体に対する着雪形状を予測することができる。
【００７２】
なお、例えば被着雪体２０に対する気流Ｆの風向角度θや風速が変わった場合、これに応じて被着雪体２０への着雪形状も変化する。かかる場合、変化後の風向角度θ、風速に基づいて新たに上述の着雪形状予測を行うことにより、適切に着雪形状の変化を予測することができる。
【００７３】
＜被着雪体の着雪抑制形状＞
また本発明によれば、以上の着雪試験結果に基づいて、着雪を抑制するための適切な被着雪体２０の形状、具体的には被着雪面２０ａの形状を提供することができる。
【００７４】
上述のように、雪質に応じて被着雪体２０の被着雪面２０ａの端部における前記基準速度が一義的に定まる。そして、当該基準速度から、気流Ｆの風速と前記基準角度との関係が算出され、被着雪面２０ａに対する着雪形状が予測される。そこで、かかる知見を基に、予測される着雪形状で被着雪体２０の被着雪面２０ａを予め形成することにより、より具体的には、被着雪面２０ａの方向と気流Ｆの直交方向との角度が予め前記基準角度となるように被着雪体２０を形成することにより、被着雪面２０ａに対する着雪を抑制することができる。
【００７５】
また、上述のように被着雪体２０に対する着雪角度φは、気流Ｆの風速が大きくなるにつれて小さくなる。そこで当該被着雪体２０の設置環境下において許容される基準角度ψをあらかじめ決定し、気流Ｆに対して当該基準角度ψ以上の角度を有するような被着雪面２０ａを有する被着雪体２０を形成する。これにより、気流Ｆの風速が大きくなった場合であっても適切に着雪を抑制することができる。
【００７６】
なお被着雪面２０ａに対する着雪形状は、上述のように気流Ｆの風向角度θ、風速によって変化する。すなわち、本発明にかかる被着雪体２０の着雪抑制形状は気流Ｆの風向角度θおよび風速が一定である環境下において、特に有用である。具体的には、所定の進行方向に対して所定の速度で進行することが想定される列車や自動車の形状に対して、本発明にかかる着雪抑制形状を適用することができる。また例えば、付着した雪を除去するためにコストが必要となる、列車の台車カバーに本発明にかかる着雪抑制形状を適用することで、雪の除去にかかるコストを削減することができる。
【００７７】
また例えば、少なくとも着雪が予想される前記列車の走行区間において最も低速となる走行速度に応じた着雪の予測形状で、前記列車や前記台車カバーを形成することにより、着雪が予想される走行区間の全てにおいて適切に着雪を抑制することができる。
【００７８】
なお、本発明にかかる着雪抑制形状の適用例はこれに限られない。上記適用例の他に被着雪体が所定の速度、所定の向きに運動するものであれば、適切に被着雪体に対する着雪を抑制することができる。
【００７９】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了承される。
【００８０】
例えば、以上の説明においては雪質に応じて定まる気流Ｆの風速Ｕと基準角度ψとの関係を、上述の着雪装置１における着雪試験により導出したが、導出方法はこれに限られない。例えば、粒子シミュレータにより被着雪体に対する着雪形状を計算することにより導出されてもよい。また例えば、降雪時の被着雪体に対する着雪形状を実測することにより、当該実測値をデータテーブル化することにより導出してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、被着雪体への着雪形状を予測する際に有用であり、さらに予測された着雪形状に基づいて、被着雪体の形状開発をする際にも有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１      着雪装置
１０    試験体
１０ａ  被着雪面
１０ｓ  基準面
１１    送風機
１２    雪供給部
１３    保持部
１４    カメラ
２０    被着雪体
Ｆ      気流
Ｆ´    試験気流
Ｓ      雪
Ｓ´    雪試料
Ｓａ    着雪表面
θ      風向角度
φ      着雪角度
ψ      基準角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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