(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体が移動するときにこの移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、
前記移動体の底面とこの移動体が移動する通路との間に流れる気流をこの移動体の両側面に導くことによって、この移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制するはく離抑制部を備え、
前記はく離抑制部は、
前記移動体の進行方向前側から進行方向後側に向かって上方に傾斜し、この移動体の底面と前記通路との間に流れる気流をこの移動体の両側面に導く誘導部を備え、
前記移動体の前面の下縁部から進行方向後側に所定距離だけ離れた位置に前記誘導部の上縁部が配置されており、
前記所定距離は、前記移動体の底面と前記誘導部の下縁部との間の距離ＬZであり、前記移動体の底面に対して前記誘導部の傾斜角度θであるときに、ＬZ／tanθ以上の距離であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項２】
請求項１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記誘導部の傾斜角度θは、20〜80°であること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記はく離抑制部は、前記移動体が鉄道車両であるときにこの鉄道車両の車両限界内に前記誘導部が配置されていること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜する平坦な傾斜面を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項５】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜し、かつ、この誘導部の中央部から両端部に向かって傾斜する平坦な傾斜面を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項６】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜し、かつ、この誘導部の両端部から中央部に向かって湾曲する湾曲面を備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【請求項７】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、
前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜しこの誘導部の中央部が平坦な第１の傾斜面と、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜しこの誘導部の中央部から両端部に向かって傾斜する平坦な第２の傾斜面とを備えること、
を特徴とする移動体の気流はく離抑制構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、移動体が移動するときにこの移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制する移動体の気流はく離抑制構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両は、車両走行時に車体側方における空気流の発生を抑制するために、先頭車両の妻面の両側部に車体中心側に向かって湾曲する板状部材を備えている（例えば、特許文献１参照）。このような従来の鉄道車両では、先頭車両の妻面に衝突した気流を板状部材によって車体の上方及び下方に分離して導くことによって、車両走行時に車体側方に発生する気流を抑制し、プラットホーム上に発生する列車風を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2003-246265号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
高速列車がトンネル入口側坑口に突入するとトンネル内に圧縮波が発生する。この圧縮波はトンネル内を伝播する。そして、圧縮波が出口側坑口に到達した時、パルス状の圧力波であるトンネル微気圧が外部へ放出される。一方、圧縮波は坑口や列車端で反射しトンネル内を往復し、列車に圧力変動を及ぼす。圧力変動は、車内におけるいわゆる「耳つん」現象などの原因となる。これらの現象には、列車突入時に形成される圧縮波の圧力の大きさ、および、圧力勾配（圧力の変化時間）が主に関係すると考えられる。
【０００５】
近年、車両性能の向上や線形改良により在来線でも高速化が進み、特に先頭部端部に丸みのほとんど無い切妻型列車のトンネル突入時に形成される圧縮波について、その圧力の大きさおよび圧力勾配が増大する傾向にある。これらの増大の主原因は、列車の切妻型先頭部からの流れのはく離による見かけの車両断面積増大が考えられている。この圧縮波の圧力の大きさおよび圧力勾配が増大するのに伴い、耳つん、トンネル微気圧波などが増大する傾向にある。一方、先頭部からの流れのはく離が大きくなると、列車の空気抵抗も増大するという問題もあることが分かっている。
【０００６】
しかし、従来の鉄道車両では、プラットホーム上に発生する列車風の低減を目的としており、先頭車両の妻面に衝突した気流を板状部材によって車体の上方及び下方に導くと、車体の上面及び下面で気流がはく離するおそれがある。その結果、従来の鉄道車両では、列車風を低減することは可能であっても、トンネル微気圧波が発生してしまう問題点がある。また、例えば、鉄道車両の先頭部からの気流のはく離を抑制するために、鉄道車両の先頭部に丸みや突起物などを付ける方法が提案されている。しかし、鉄道車両の先頭部の端部に丸みを付ける場合には、現存の鉄道車両を改造する必要があるためコスト高を招くとともに改修期間が長期化してしまう問題点があり、鉄道車両の先頭部に突起物を付ける場合には、車両限界内に突起物を収めることが困難になる問題点がある。
【０００７】
この発明の課題は、簡単な構造によって移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制することができる移動体の気流はく離抑制構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１、図３、図８、図６、図１１、図１３、図１６及び図１８に示すように、移動体（２）が移動するときにこの移動体の先頭部からはく離する気流（Ｆ1）のはく離領域の大きさを抑制する移動体の気流はく離抑制構造であって、前記移動体の底面（３ｅ）とこの移動体が移動する通路（１）との間に流れる気流（Ｆ2）をこの移動体の両側面（３ｂ，３ｃ）に導くことによって、この移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制するはく離抑制部（６）を備え、前記はく離抑制部は、前記移動体の進行方向前側から進行方向後側に向かって上方に傾斜し、この移動体の底面と前記通路との間に流れる気流をこの移動体の両側面に導く誘導部（７）を備え、前記移動体の前面（３ａ）の下縁部から進行方向後側に所定距離（ＬX）だけ離れた位置に前記誘導部の上縁部（７ｃ）が配置されており、前記所定距離は、前記移動体の底面と前記誘導部の下縁部（７ｂ）との間の距離ＬZであり、前記移動体の底面に対して前記誘導部の傾斜角度θであるときに、ＬZ／tanθ以上の距離であることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造（５）である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記誘導部の傾斜角度θは、20〜80°であることを特徴としている移動体の気流はく離抑制構造である。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、前記はく離抑制部は、前記移動体が鉄道車両であるときにこの鉄道車両の車両限界内に前記誘導部が配置されていることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１〜図５に示すように、前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜する平坦な傾斜面（７ａ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図６〜図１０に示すように、前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜し、かつ、この誘導部の中央部（７ｈ）から両端部に向かって傾斜する平坦な傾斜面（７ｆ，７ｇ）を備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１１〜図１５に示すように、前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜し、かつ、この誘導部の両端部から中央部（７ｊ）に向かって湾曲する湾曲面（７ｉ）を備えることを特徴としている移動体の気流はく離抑制構造である。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の移動体の気流はく離抑制構造において、図１６〜図２０に示すように、前記誘導部は、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜しこの誘導部の中央部（７ｐ）が平坦な第１の傾斜面（７ｋ）と、この誘導部の下縁部から上縁部に向かって傾斜しこの誘導部の中央部から両端部に向かって傾斜する平坦な第２の傾斜面（７ｍ，７ｎ）とを備えることを特徴とする移動体の気流はく離抑制構造である。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によると、簡単な構造によって移動体の先頭部からはく離する気流のはく離領域の大きさを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。
【図２】この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。
【図３】この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。
【図４】この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。
【図５】この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【図６】この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。
【図７】この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。
【図８】この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。
【図９】この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。
【図１０】この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【図１１】この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。
【図１２】この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。
【図１３】この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。
【図１４】この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。
【図１５】この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【図１６】この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。
【図１７】この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。
【図１８】この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。
【図１９】この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。
【図２０】この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【図２１】風洞試験に使用した風洞試験装置の構成図であり、（Ａ）は側面図であり、（Ｂ）は平面図である。
【図２２】風洞試験の結果を示す側面図であり、（Ａ）は床下板がある場合の試験結果を示す側面図であり、（Ｂ）は床下板がない場合の試験結果を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。図４は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。図５は、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【００２０】
図１〜図４に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）であり、車両２の車輪４ａを案内する一対のレール１ａなどを備えている。車両２は、軌道１に沿って走行する移動体であり、電車、気動車又は機関車などの鉄道車両である。車両２は、図１〜図４に示す車体３と、図３に示す台車４と、図１〜図５に示す気流はく離抑制構造５などを備えている。図１〜図４に示す車両２は、列車の運転制御をするための運転室を備える先頭車両である。
【００２１】
車体３は、乗客を積載し輸送するための構造物である。車体３は、図１〜図３に示す車体端面（車体前面）３ａと、図２及び図４に示す車体側面３ｂ，３ｃと、図１〜図３に示す車体上面３ｄと、図１及び図３に示す車体底面３ｅなどを備えている。車体端面３ａは、車両２の妻構え（前構体）を構成する外板（妻板）であり先頭車両の先頭部である。車体端面３ａは、量産が容易で低コストの切妻形状であり、妻板が平面であり側板と直角に形成されている。図１及び図２に示す車体端面３ａは、車両２が中間車両として連結されたときに、前後の車両間を乗客及び乗務員が移動するときに使用する妻入口３ｆと、乗務員が前方を看視するために運転室前面に形成された前面窓（前面窓ガラス）３ｇなどを備えている。図２及び図４に示す車体側面３ｂ，３ｃは、車両２の側構え（側構体）を構成する外板（側板）であり、図３に示すように乗務員が車外を看視するための側窓（側面窓ガラス）３ｈと、乗務員が乗降するときに使用する側出入口３ｉと、乗客が乗降するときに使用する側出入口３ｊなどを備えている。図１〜図３に示す車体上面３ｄは、車両２の屋根構え（屋根構体）を構成する外板（屋根板）であり、車室内を空気調和するための空気調和装置などの屋根上機器が設置される。図３に示す車体底面３ｅは、車両２の床構造を構成する外板であり、台車４などの走行装置が設置されている。図３に示す台車４は、車体３を支持して軌道１上を走行する走行装置であり、レール１ａと転がり接触する車輪４ａなどを備えている。
【００２２】
図１〜図５に示す気流はく離抑制構造５は、車両２が走行するときにこの車両２の先頭部からはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制する構造である。気流はく離抑制構造５は、図１に示すように、軌道１と車体底面３ｅとの間に流れる気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに導くことによって、この車体側面３ｂ，３ｃからはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制して、車両２の先頭部の見かけの車両断面積が増大するのを抑制しトンネル微気圧波の発生を低減する。また、気流はく離抑制構造５は、車両２のトンネル突入時に発生するトンネル内の圧力変動を抑制し、この圧力変動に起因して、車体３が気密構造の場合に車体３に作用する繰り返し荷重によって発生する車体構造疲労を低減するとともに、気圧変動に起因して車体３内の乗客に発生する耳の不快感や違和感である耳つん現象を低減する。気流はく離抑制構造５は、図１〜図５に示すはく離抑制部６などを備えている。
【００２３】
図１〜図５に示すはく離抑制部６は、車両２の車体底面３ｅとこの車両２が移動する軌道１との間に流れる気流Ｆ2をこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃに導くことによって、この車両２の先頭部からの気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制する部分である。はく離抑制部６は、図１〜図４に示すように、車両２の車体端面３ａ寄りの車体底面３ｅに配置されており、ボルトなどの固定部材によってこの車体底面３ｅに着脱自在に装着可能である。はく離抑制部６は、例えば、鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属、アクリル樹脂などの合成樹脂又は繊維強化プラスチック(FRP)などによって形成されている板状部材である。はく離抑制部６は、例えば、金属板を溶接、プレス加工又は鋳造などによって形成されており、先頭車両の車体端面３ａの下部に取り付けられて軌道１上の障害物を排除する排障装置（排障器）として兼用可能な強度を有している。はく離抑制部６は、図１〜図５に示すように誘導部７などを備えている。
【００２４】
誘導部７は、車両２の進行方向前側から進行方向後側に向かって上方に傾斜し、車体底面３ｅと軌道１との間に流れる気流Ｆ2をこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃに導く部分である。誘導部７は、図１〜図５に示す傾斜面７ａと、下縁部７ｂと、図３〜図５に示す上縁部７ｃと、図１、図２図４及び図５に示す両端部７ｄ，７ｅなどを備えている。誘導部７は、図１、図３及び図４に示すように、車体端面３ａの下縁部から進行方向後側に所定距離ＬXだけ離れた位置にこの誘導部７の上縁部７ｃが配置されている平板状の床下板（板状構造物）である。ここで、所定距離ＬXは、図１〜図３に示す車体底面３ｅと下縁部７ｂとの間の距離ＬZであり、図３に示すこの車体底面３ｅに対して誘導部７の傾斜角度θであるときに、ＬZ／tanθを下回る距離であると誘導部７に衝突する気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに導く効果が低くなり、車体側面３ｂ，３ｃに流れる気流Ｆ2の流量が減少するため、ＬZ／tanθ以上の距離に設定することが好ましい。また、傾斜角度θは、20°を下回ったり80°を超えたりすると、誘導部７に衝突する気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに導く効果が低くなって、車体側面３ｂ，３ｃからはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを減少させる効果が低くなるため、20〜80°の範囲に設定することが好ましく、はく離領域の大きさの抑制効果が特に高くなる30〜75°の範囲に設定することが好ましい。このため、所定距離ＬXは、距離ＬZが１ｍであり傾斜角度θが80°である場合には0.18mであり、距離ＬZが１ｍであり傾斜角度θが20°である場合には2.75mであるため、0.18〜2.75mに設定することが好ましい。誘導部７は、車両２が鉄道車両であるときにこの鉄道車両の車両限界内に配置されている。ここで、車両限界とは、図１〜図４に示す車両２が直線又は曲線の軌道１上に停止しているときに、この車両２のどの部分も超えてはならない上下左右の限界である。誘導部７は、図１、図２及び図４に示すように、車両２の左右方向（Ｙ軸方向）にこの誘導部７の長さ方向が一致しており、図１、図２及び図４に示すように前後方向（Ｘ軸方向）及び上下方向（Ｚ軸方向）から見たときの外観形状が略長方形に形成されている。
【００２５】
図１〜図５に示す傾斜面７ａは、気流Ｆ2の向きを変える部分である。傾斜面７ａは、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜する平坦面である。下縁部７ｂは、誘導部７の先端を構成する部分である。下縁部７ｂは、図１、図２及び図４に示すように、車両２の左右方向に直線状に形成されている。下縁部７ｂは、車両２の車両限界内に配置されており、図２及び図３に示すように、レール１ａの頭頂面（レール面）との間に隙間Δが形成されるように配置されている。ここで、隙間Δは、在来線を走行する鉄道車両の場合には普通鉄道構造規則の車両限界で定める50〜75mm程度であり、新幹線を走行する鉄道車両の場合には新幹線鉄道構造規則の車両限界で定める60〜85mm程度である。下縁部７ｂは、例えば、車体端面３ａよりも前方に突出しないように、図３に示すようにこの車体端面３ａの延長線と一致又は略一致するように配置されている。図３〜図５に示す上縁部７ｃは、誘導部７の後端を構成する部分である。上縁部７ｃは、下縁部７ｂと同様に、図４及び図５に示すようにＸ軸方向及びＺ軸方向から見たときに左右方向に直線状に形成されている。上縁部７ｃは、図３及び図４に示すように、車体端面３ａの下縁部から所定距離ＬX離れた位置の車体底面３ｅに接触している。図１、図２、図４及び図５に示す両端部７ｄ，７ｅは、誘導部７の端部を構成する部分である。両端部７ｄ，７ｅは、車両２の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって斜め上に伸びた直線状に形成されている。両端部７ｄ，７ｅは、車両２の車両限界内に配置されており、図２及び図４に示すように車体側面３ｂ，３ｃとの間に段差が形成されないように車体側面３ｂ，３ｃと同一高さ（面一）に形成されている。
【００２６】
次に、この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造の作用を説明する。
例えば、図１〜図５に示すはく離抑制部６が存在しない状態で、図１に示すように車両２がＸ軸方向に走行すると、車体端面３ａに衝突した気流Ｆ1がこの車体端面３ａの側縁部からはく離して、車体側面３ｂ，３ｃの前端部から車両２の進行方向後側（下流側）に離れた位置でこのはく離した気流Ｆ1が再付着する。このため、車体端面３ａからの気流Ｆ1のはく離によって車両２の先頭部の見かけの断面積が増加し、トンネルなどの固定構造物内に車両２が突入するときに発生する圧力変動が増大する。
【００２７】
一方、図１〜図５に示すはく離抑制部６が存在する状態で車両２がＸ軸方向に走行すると、はく離抑制部６の誘導部７に向かって、軌道１と車体底面３ｅとの間に流れる気流Ｆ2が傾斜面７ａに衝突する。気流Ｆ2が傾斜面７ａに衝突するとこの気流Ｆ2がこの傾斜面７ａに沿って流れて、この気流Ｆ2がさらに車体底面３ｅに衝突する。気流Ｆ2が車体底面３ｅに衝突すると、傾斜面７ａと車体底面３ｅとの接続部付近から車体側面３ｂ，３ｃに向かってこの気流Ｆ2が流れる。このとき、車体端面３ａに衝突してこの車体端面３ａの側縁部からはく離した気流Ｆ1に、傾斜面７ａに衝突してこの傾斜面７ａによって導かれた気流Ｆ2が衝突する。このため、車体端面３ａからはく離した気流Ｆ1によって車体側面３ｂ，３ｃに形成される気圧の低いはく離領域に、傾斜面７ａによって導かれた気流Ｆ2が流入することによって、この気圧の低いはく離領域の気圧が回復し、車体側面３ｂ，３ｃのはく離領域の大きさが減少する。その結果、車両２の先頭部から気流Ｆ1が大きくはく離して、この車両２の先頭部の見かけの断面積が増加するのを抑制し、トンネルなどの固定構造物内に車両２が突入するときに発生する圧力変動が低減される。
【００２８】
この発明の第１実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、車両２の車体底面３ｅとこの車両２が移動する軌道１との間に流れる気流Ｆ2をこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃにはく離抑制部６が導くことによって、この車両２の先頭部からはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさをこのはく離抑制部６が抑制する。このため、車両２の床下部分の気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに向かってはく離抑制部６が誘導し、車体側面３ｂ，３ｃからはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを効果的に抑制することができる。その結果、車両２の先頭部の見かけの断面積が増大するのを抑制して、トンネル微気圧波の大きさを低減することができる。
【００２９】
(2) この第１実施形態では、車両２の進行方向前側から進行方向後側に向かって誘導部７が上方に傾斜し、この車両２の車体底面３ｅと軌道１との間に流れる気流Ｆ2をこの車両２の車体側面３ｂ，３ｃにこの誘導部７が導く。このため、車体側面３ｂ，３ｃからはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制することによって車両２の圧力変動を抑制し、車体３が気密構造の場合に車体３に作用する繰り返し荷重によって発生する車体構造疲労を低減することができるとともに、気圧変動に起因して車体３内の乗客に発生する耳つん現象を低減することができる。
【００３０】
(3) この第１実施形態では、車両２の車体端面３ａの下縁部から進行方向後側に所定距離ＬXだけ離れた位置に誘導部７の上縁部７ｃが配置されており、車両２の車体底面３ｅと誘導部７の下縁部７ｂとの間の距離Ｌzであり、この車体底面３ｅに対して誘導部７の傾斜角度θであるときに、この所定距離ＬXがＬZ／tanθ以上の距離である。このため、誘導部７の傾斜角度θを最適な範囲内に設定することによって、車体側面３ｂ，３ｃからの気流Ｆ1のはく離領域の大きさを可能な限り抑制することができる。
【００３１】
(4) この第１実施形態では、誘導部７の傾斜角度θが20〜80°である。このため、車体底面３ｅへの誘導部７の取付角度を最適な範囲内に設定することによって、車体側面３ｂ，３ｃからの気流Ｆ1のはく離領域の大きさの抑制効果を向上させることができる。
【００３２】
(5) この第１実施形態では、車両２が鉄道車両であるときにこの鉄道車両の車両限界内に誘導部７が配置されている。このため、誘導部７の幅を可能な限り長くするとともに誘導部７の下縁部７ｂと軌道１との間の隙間Δを可能な限り狭くして、この誘導部７に衝突する気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに導き、車体側面３ｂ，３ｃからの気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制することができる。
【００３３】
(6) この第１実施形態では、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜する平坦な傾斜面７ａをこの誘導部７が備えている。このため、製造が容易で簡単な形状の傾斜面７ａによって気流Ｆ2を車体側面３ｂ，３ｃに容易に誘導することができる。
【００３４】
（第２実施形態）
図６は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図７は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図８は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。図９は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。図１０は、この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。以下では、図１〜図５に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３５】
図６〜図１０に示す誘導部７は、傾斜面７ｆ，７ｇと中央部７ｈなどを備えており、傾斜面７ｆ，７ｇは気流Ｆ2の向きを変える部分である。誘導部７は、例えば、傾斜面７ｆ，７ｇを構成する２枚の金属板を端部同士で突き合わせた状態で溶接して形成される。誘導部７は、図６、図９及び図１０に示すように、中央部７ｈ側よりも両端部７ｄ，７ｅ側が後退するように車両２の先頭部側に中央部７ｈが突出しており、図９及び図１０に示すようにこの車両２の上下方向から見たときの外観形状が山形に形成されている。傾斜面７ｆ，７ｇは、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜し、この誘導部７の中央部７ｈから両端部７ｄ，７ｅに向かって傾斜する平坦面であり、誘導部７の後退部を構成している。中央部７ｈは、誘導部７の頂点を構成する部分である。中央部７ｈは、傾斜面７ｆと傾斜面７ｇとが交差する部分に鈍角に形成されている。中央部７ｈは、誘導部７の突出部を構成しており、図６〜図１０に示すように中央部７ｈの稜線は下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって上方に傾斜している。
【００３６】
この発明の第２実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第２実施形態では、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜し、かつ、この誘導部７の中央部７ｈから両端部７ｄ，７ｅに向かって傾斜する平坦な傾斜面７ｆ，７ｇをこの誘導部７が備えている。このため、軌道１と車体底面３ｅとの間を流れる気流Ｆ2が誘導部７に衝突したときに、中央部７ｈを中心として気流Ｆ2を左右に分けて、傾斜面７ｆ，７ｇによってスムーズに車体側面３ｂ，３ｃに導くことができる。
【００３７】
（第３実施形態）
図１１は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図１２は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図１３は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。図１４は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。図１５は、この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【００３８】
図１１〜図１５に示す誘導部７は、湾曲面７ｉと中央部７ｊなどを備えており、湾曲面７ｉは気流Ｆ2の向きを変える部分である。誘導部７は、例えば、１枚の金属板をプレス加工して形成される。誘導部７は、図１４及び図１５に示すように、車両２の上下方向から見たときの外観形状が円弧、楕円弧、アーチ形又は任意の凸状曲線に形成されている。湾曲面７ｉは、図１３〜図１５に示すように、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜し、この誘導部７の両端部７ｄ，７ｅから中央部７ｊに向かって湾曲する曲面である。中央部７ｊは、誘導部７の先端を構成する部分である。中央部７ｊは、車両２の先頭部側に最も突出した部分であり、図１３に示すように中央部７ｊの稜線は進行方向前側から進行方向後側に向かって上方に傾斜している。
【００３９】
この発明の第３実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態及び第２実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第３実施形態では、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって上方に傾斜し、かつ、この誘導部７の両端部７ｄ，７ｅから中央部７ｊに向かって湾曲する湾曲面７ｉをこの誘導部７が備えている。このため、軌道１と車体底面３ｅとの間の気流Ｆ2が誘導部７に衝突したときに、この気流Ｆ2を湾曲面７ｉによって車体側面３ｂ，３ｃにスムーズに導き、この気流Ｆ2が湾曲面７ｉから大きくはく離するのを抑制することができる。また、車体３の先頭部側（外側）に誘導部７が凸状に突出するため、第１実施形態及び第２実施形態に比べて誘導部７の内側に僅かに空間を確保可能であり、車体底面３ｅに配置された床下機器などとの干渉を防ぐことができる。
【００４０】
（第４実施形態）
図１６は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す斜視図である。図１７は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す正面図である。図１８は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す側面図である。図１９は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造を概略的に示す平面図である。図２０は、この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造のはく離抑制部を概略的に示す斜視図である。
【００４１】
図１６〜図２０に示す誘導部７は、傾斜面７ｋ，７ｍ，７ｎと中央部７ｐなどを備えており、傾斜面７ｋ，７ｍ，７ｎは気流Ｆ2の向きを変える部分である。誘導部７は、傾斜面７ｋ，７ｍ，７ｎを構成する３枚の金属板を端部同士で突き合わせた状態で溶接して形成される。誘導部７は、図１９及び図２０に示すように、中央部７ｐ側よりも両端部７ｄ，７ｅ側が後退するように車両２の先頭部側に中央部７ｐが突出しており、車両２の上下方向から見たときの外観形状が台形に形成されている。傾斜面７ｋは、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜し、この誘導部７の中央部７ｐに形成された平坦面であり、この誘導部７の後退部を構成している。傾斜面７ｍ，７ｎは、図２０に示すように、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって上方に傾斜するとともに、この誘導部７の中央部７ｐから両端部７ｄ，７ｅに向かって傾斜する平坦面である。中央部７ｐは、誘導部７の先端面を構成する部分であり、図６〜図１０に示す中央部７ｈとは異なり平面状に形成されている。
【００４２】
この発明の第４実施形態に係る移動体の気流はく離抑制構造には、第１実施形態〜第３実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
この第４実施形態では、誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜しこの誘導部７の中央部７ｐが平坦な傾斜面７ｋと、この誘導部７の下縁部７ｂから上縁部７ｃに向かって傾斜しこの誘導部７の中央部７ｐから両端部７ｄ，７ｅに向かって傾斜する平坦な傾斜面７ｍ，７ｎとをこの誘導部７が備えている。このため、軌道１と車体底面３ｅとの間の気流Ｆ2が誘導部７に衝突したときに、この気流Ｆ2を傾斜面７ｍ，７ｎによって車体側面３ｂ，３ｃに導き、車体側面３ｂ，３ｃからはく離する気流Ｆ1のはく離領域の大きさを抑制することができる。また、車体３の先頭部側に誘導部７が凸状に突出するため、第１実施形態及び第２実施形態に比べて誘導部７の内側に僅かに空間を確保可能であり、車体底面３ｅに配置された床下機器などとの干渉を防ぐことができる。
【実施例】
【００４３】
次に、この発明の実施例について説明する。
図２１は、風洞試験に使用した風洞試験装置の構成図であり、図２１（Ａ）は側面図であり、図２１（Ｂ）は平面図である。図２２は、風洞試験の結果を示す側面図であり、図２２（Ａ）は床下板がある場合の試験結果を示す側面図であり、図２２（Ｂ）は床下板がない場合の試験結果を示す側面図である。
【００４４】
（風洞試験装置）
図２１に示す風洞試験装置２０は、模型車両３０に向けて空気を流したときにこの模型車両３０の表面の流れの様子を観察する装置である。風洞試験装置２０は、空気を吹き出すノズル（吹出口）２０ａと、このノズル２０ａからの空気を模型車両３０に流す風洞測定部２０ｂと、床面上の昇降台に設置される地面板２０ｃと、この地面板２０ｃ上に模型車両３０を支持する支柱２０ｄと、風洞測定部２０ｂからの空気を吸い込む図示しない吸込部（コレクタ）などを備えている。この実験では、風洞測定部２０ｂが開放型である財団法人鉄道総合技術研究所のＨ棟小型風洞（開放型）を使用した。地面板２０ｃは、長さ1490mm×幅790mmの合板製であり、幅720mm×高さ600mmのノズル２０ａの底面とこの地面板２０ｃの表面とが一致するように設置した。模型車両３０は、断面が翼型形状の４本の支柱２０ｄを利用して地面板２０ｃに固定した。図２１（Ａ）に示すように、ノズル２０ａの先端から車両先頭部までの距離は150mm、地面板２０ｃの表面から模型車両３０の底面までの距離は62mm（実物のレール底面から車両底面までの距離に相当）であり、実験風速Ｕ=40m/sに設定した。模型車両３０の幅Ｗ=140mmを代表長さとしたレイノルズ数Ｒe=3.7×105（Ｒe=ＵＷ／ν=40×0.14/(1.5×10-5)、空気の動粘性係数ν）である。図２１（Ａ）（Ｂ）に示すように、座標系は、車両先頭部の上端の幅方向の中心点を原点として、レール方向（流れ方向）をＸ軸、まくらぎ方向をＹ軸、これらの右手座標系で鉛直上方をＺ軸として設定した。
【００４５】
（模型車両）
図２１に示す模型車両３０は、実際の鉄道車両を模擬（縮小）した車両であり、図２１（Ａ）に示すように車両本体部３０ａと床下板３０ｂとを備えている。模型車両３０は、201系電車を参考に製作された20分の１縮尺模型である。模型車両３０は、図２１に示すように、車両断面が矩形であって、屋根面が完全にフラットな板であり、側面と屋根面が接続する部分が角であり、先頭部形状も角である。模型車両３０は、１両であり、４本の支柱２０ｄを除き、床下機器類は一切無くフラットである。床下板３０ｂは、車両本体部３０ａの先頭部の床下に着脱自在であり、図１〜図５に示す第１実施形態のはく離抑制部６に対応する。
【００４６】
（タフト法による可視化）
図２１に示す風洞試験装置２０に模型車両３０を設置し風洞試験を実施した。風洞試験は、模型車両３０に床下板３０ｂがある場合と床下板３０ｂがない場合とについてそれぞれ実施した。模型車両３０の周りの流れの様子を調べるため、図２１（Ａ）及び図２２に示すようにタフト法による可視化を実施した。ここで、タフト法とは、物体表面の流れの様子を糸や毛糸などの気流糸を用いて観察し、流れの方向、はく離域及び不安定域などを可視化したものである。図２１（Ａ）に示すタフト４０は、綿糸#40であり、車体表面（屋根面及び側面）に粘着テープで貼り付けた。図２１（Ａ）及び図２２に示すように、Ｘ軸方向には車両先頭部の先端から所定位置に１列目を貼り付け、所定のピッチで設置した。また、図２１（Ａ）及び図２２に示すように、Ｚ軸方向には側面にそれぞれ３行分を貼り付けた。この実験では、タフト４０の動きに応じて「はく離」、「はく離無し」の各領域を次のように定義した。「はく離」領域は、タフト４０が流れと逆方向を向いている領域とし、「はく離無し」領域はタフト４０が流れ方向（順方向）を向いている領域とした。流れは、「はく離」と「はく離無し」の間で「再付着」する。なお、全タフト４０が順方向の場合であっても、タフト４０が設置されていない車両先頭部の端部近傍で微小なはく離領域が存在する場合や３次元はく離の場合には、必ずしもはく離領域で逆流しているとは限らない場合が考えられる。しかし、この実験では、そのようなはく離領域は捉えることは困難なことから考慮せず、タフト４０が順方向の場合は「はく離無し」とした。
【００４７】
（実験結果）
図２２（Ｂ）に示すように、模型車両３０に床下板３０ｂがない場合には、先頭部から８列目までのタフト４０の多くが流れと逆方向を向いており、流れのはく離領域が８列目付近まで存在することが確認された。一方、図２２（Ａ）に示すように、模型車両３０に床下板３０ｂがある場合には、先頭部付近及び床下付近のいくつかのタフト４０が逆方向を向いているが、それ以外の大部分のタフト４０が流れ方向を向いており、床下板３０ｂによって気流のはく離領域の大きさが効果的に抑制されることが確認された。また、図２１（Ａ）に示す床下板３０ｂの傾斜角度θを変化させたところ、傾斜角度θを20°にすると気流のはく離領域の大きさの抑制効果が現れ始め、傾斜角度θを80°にすると気流のはく離領域の大きさの抑制効果が低下し始め、特に傾斜角度θが30〜75°のときに気流のはく離領域の大きさの抑制効果が高くなることが確認された。
【００４８】
（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
この実施形態では、移動体が鉄道車両である場合を例に挙げて説明したが、自動車などの他の移動体についてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、車体３の先頭部の形状が切妻形状である場合を例に挙げて説明したが、先頭部の形状が流線型の場合や車体端面の縁部に丸みを形成した場合などについてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、誘導部７の下縁部７ｂが車体端面３ａよりも前方に突出せずこの車体端面３ａの延長線と一致する場合を例に挙げて説明したが、この下縁部７ｂをこの車体端面３ａよりも僅かに引き込ませたり、この下縁部７ｂをこの車体端面３ａよりも僅かに突出させたりすることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１  軌道（通路）
２  車両（移動体）
３  車体
３ａ  車体端面（前面）
３ｂ，３ｃ  車体側面（側面）
３ｄ  車体上面（上面）
３ｅ  車体底面（底面）
４  台車
４ａ  車輪
５  気流はく離抑制構造
６  はく離抑制部
７  誘導部
７ａ  傾斜面
７ｂ  下縁部
７ｃ  上縁部
７ｄ，７ｅ  両端部
７ｆ，７ｇ  傾斜面
７ｈ  中央部
７ｉ  湾曲面
７ｊ  中央部
７ｋ，７ｍ，７ｎ  傾斜面
７ｐ  中央部
２０  風洞試験装置
３０  模型車両
３０ａ  車両本体部
３０ｂ  床下板
４０  タフト
Ｆ1，Ｆ2  気流
ＬX  所定距離
ＬZ  距離
Δ  隙間
θ  傾斜角度
【図１】
0005431201.tif 000002
【図２】
0005431201.tif 000003
【図３】
0005431201.tif 000004
【図４】
0005431201.tif 000005
【図５】
0005431201.tif 000006
【図６】
0005431201.tif 000007
【図７】
0005431201.tif 000008
【図８】
0005431201.tif 000009
【図９】
0005431201.tif 000010
【図１０】
0005431201.tif 000011
【図１１】
0005431201.tif 000012
【図１２】
0005431201.tif 000013
【図１３】
0005431201.tif 000014
【図１４】
0005431201.tif 000015
【図１５】
0005431201.tif 000016
【図１６】
0005431201.tif 000017
【図１７】
0005431201.tif 000018
【図１８】
0005431201.tif 000019
【図１９】
0005431201.tif 000020
【図２０】
0005431201.tif 000021
【図２１】
0005431201.tif 000022
【図２２】
0005431201.tif 000023