(57)【要約】【課題】鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性の評価試験方法を提供する。【解決手段】第１及び第２の開口端部を有する中空管の軸線上であって第１の開口端部から所定距離に被検体を配置し、第１の開口端部と被検体の間に飛翔物体の飛翔速度を検出するための速度検出器を与える。また、第２の開口端部近傍の中空管の内部に飛翔物体を配置し、第２の開口端部に中空管の断面を閉塞するようにプラグ体を嵌入させ、膨張しようとする気体を第２の開口端部から中空管内に導いてプラグ体を第１の端部へ向けて移動させる。これにより飛翔物体を転動させながら被検体方向へ飛翔させるとともに、プラグ体を第１の開口端部と速度検出器の間に落下させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性を評価するための衝撃試験方法であって、
第１及び第２の開口端部を有する中空管の軸線上であって前記第１の開口端部から所定距離に被検体を配置するとともに、前記第１の開口端部と前記被検体の間に前記飛翔物体の飛翔速度を検出するための速度検出器を与え、前記第２の開口端部近傍の前記中空管の内部に前記飛翔物体を配置し、前記第２の開口端部に前記中空管の断面を閉塞するようにプラグ体を嵌入させ、
膨張しようとする気体を前記第２の開口端部から前記中空管内に導いて前記プラグ体を前記第１の端部へ向けて移動させることで前記飛翔物体を転動させながら前記被検体方向へ飛翔させるとともに、前記プラグ体を前記第１の開口端部と前記速度検出器の間に落下させることを特徴とする衝撃試験方法。
【請求項２】
前記第２の開口端部に対向するように設けられた膜体を含む閉空間に圧力制御しながら前記気体を閉じ込め、前記膜体を前記中空管の前記軸線に沿って破壊することで前記気体を前記中空管内に導くことを特徴とする請求項１記載の衝撃試験方法。
【請求項３】
前記閉空間には前記中空管の前記軸線に沿って電磁的に移動可能な針体を有し、前記針体が前記膜体へ向けて移動し前記膜体を破壊することを特徴とする請求項２記載の衝撃試験方法。
【請求項４】
前記閉空間の容積は少なくとも前記中空管内の容積よりも大であることを特徴とする請求項２又は３に記載の衝撃試験方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔物体の衝突に対する被検体の耐衝撃性を評価するための衝撃試験方法に関し、特に、鉄道車両における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性を評価するための衝撃試験方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の離着陸時に鳥などが衝突して機体や航空計器を破損させてしまうことがある。このような衝突に対する被検体の耐衝撃性を評価するための各種衝撃試験方法が提案され、その１つとして、空気圧による射出装置で飛翔させた物体を被検体に衝突させて該被検体の耐衝撃性を評価する衝撃試験方法が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、ポリウレタン製のプラグ体（「サボット」又は、「サボ」とも称する。）に飛翔物体を収納して射出装置の筒体（砲身）に詰め込み、圧縮空気の膨張でプラグ体及び飛翔物体を筒体（砲身）に沿って移動させ、飛翔物体だけをプラグ体から分離させて被検体に向けて発射、衝突させる衝撃試験方法を開示している。プラグ体は筒体の出口でストッパに当接して停止し、飛翔物体だけが慣性力でプラグ体から分離して筒体から発射されるのである。
【０００４】
また、特許文献２でも、プラグ体に収納された飛翔物体を空気圧による射出装置で発射し、５００ｍ／ｓ（１８００ｋｍ／ｈ）以上の高速で被検体に衝突させて耐衝撃性を評価する衝撃試験方法を開示している。ここでは、プラグ体及び飛翔物体を筒体の出口から発射し、空気抵抗を受けたプラグ体が減速しながらいくつかの断片に分割され、飛翔物体だけがプラグ体から分離して被検体に衝突する。かかる方法によれば、飛翔物体の移動速度や被検体への衝突位置のばらつきを抑え、飛翔物体を安定した精度で被検体に衝突させることができると述べている。
【０００５】
ところで、走行する鉄道車両においても風圧等により巻き上げたバラストや氷雪塊などが床下の鉄道車両機器に衝突してこれを破損させる事故が報告され、上記した航空機における衝撃試験方法と同様に、空気圧による射出装置による試験方法が提案されている。
【０００６】
例えば、非特許文献１では、砲身に詰め込んだ雪塊を空気圧による射出装置で飛翔させて被検体に衝突させる衝撃試験方法を開示している。詳細には、装置は、砲身、蓄圧室、射出装置、エアコンプレッサ及び制御装置を含む。砲身の端部に雪を隙間無く詰めこみ、蓄圧室とセルロイド膜を隔てて接続する。蓄圧室の気圧をエアコンプレッサによって高めて所定の気圧に達したところで、制御装置から信号を送り、電磁コイルにより撃心を砲身方向に高速で移動させ、セルロイド膜を突き破る。すると、セルロイド膜の両側の圧力差、すなわち、蓄圧室と砲身との圧力差により膜が全面的に裂け、蓄圧室内部の圧縮空気が砲身に放出されて砲身内部の雪塊が高速で射出されるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１９５７９８号公報
【特許文献２】特開２００４−２７１２１６号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】空気圧を用いた雪塊の射出装置、氷雪研究大会、２００８年９月２４−２７日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１や２の射出装置を用いた衝撃試験方法では、航空機への鳥などの自律飛行物体の衝突を想定しており、比較的軟質な物体、例えば、ゼラチン質のような物体を安定的に飛翔させて衝撃試験を行っている。一方、走行する鉄道車両においては、非特許文献１で述べられているように、風圧等により巻き上げられたバラストや氷雪塊などの比較的硬質な物体の不安定な飛翔による衝突が対象となる。
【００１０】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性の評価、すなわち、比較的硬質な物体の不安定な飛翔による衝突に対する被検体の耐衝撃性を評価することのできる衝撃試験方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による衝撃試験方法は、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性を評価するための衝撃試験方法であって、第１及び第２の開口端部を有する中空管の軸線上であって前記第１の開口端部から所定距離に被検体を配置するとともに、前記第１の開口端部と前記被検体の間に前記飛翔物体の飛翔速度を検出するための速度検出器を与え、前記第２の開口端部近傍の前記中空管の内部に前記飛翔物体を配置し、前記第２の開口端部に前記中空管の断面を閉塞するようにプラグ体を嵌入させ、膨張しようとする気体を前記第２の開口端部から前記中空管内に導いて前記プラグ体を前記第１の端部へ向けて移動させることで前記飛翔物体を転動させながら前記被検体方向へ飛翔させるとともに、前記プラグ体を前記第１の開口端部と前記速度検出器の間に落下させることを特徴とする。
【００１２】
かかる発明によれば、比較的硬質な飛翔物体の不安定な飛翔を与えてこれに対する被検体の耐衝撃性を評価できて、すなわち、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性の評価に適した衝撃試験方法を与え得る。
【００１３】
上記した発明において、前記第２の開口端部に対向するように設けられた膜体を含む閉空間に圧力制御しながら前記気体を閉じ込め、前記膜体を前記中空管の前記軸線に沿って破壊することで前記気体を前記中空管内に導くことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、不安定な飛翔でありながらその再現性を高め得て、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性をより正確に評価し得る。
【００１４】
上記した発明において、前記閉空間には前記中空管の前記軸線に沿って電磁的に移動可能な針体を有し、前記針体が前記膜体へ向けて移動し前記膜体を破壊することを特徴としてもよい。かかる発明によれば、飛翔物体をより高速に飛翔せしめ得るとともに、不安定な飛翔でありながらその再現性を高め得て、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性をより正確に評価し得る。
【００１５】
上記した発明において、前記閉空間の容積は少なくとも前記中空管内の容積よりも大であることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、飛翔物体をより高速且つ再現性よく飛翔せしめ得て、鉄道車両機器における飛翔物体の衝突に対する耐衝撃性をより正確に評価し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による衝撃試験装置の側面図（一部ブロック図）である。
【図２】本発明による衝撃試験装置の要部の側断面図である。
【図３】本発明による衝撃試験装置の制御機構のブロック図である。
【図４】本発明による衝撃試験装置の使用方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明による1つの実施例としての衝撃試験装置について、図１乃至図３を用いてその詳細を説明する。
【００１８】
図１に示すように、衝撃試験装置１は、圧縮気体により飛翔物体４を射出可能な射出装置２と、飛翔物体４の速度を検出する速度検出器５と、飛翔物体４を衝突させる被検体６とを含む。
【００１９】
射出装置２は圧縮気体をその内部に蓄えることのできる蓄圧室２１と飛翔物体４を加速し射出するための砲身２２とを有する。蓄圧室２１は、電磁弁１４、圧力計１３及び圧力調整弁１２を介して、その内部に圧縮気体を供給するコンプレッサ１１に接続されている。これにより、蓄圧室２１は圧力を制御しながら圧縮気体を供給されこれを閉じ込めることができる。本実施例においては、圧縮気体として空気を使用する。また、蓄圧室２１には、その内部の圧力を測定できる圧力計１５が接続されている。
【００２０】
砲身２２は中空管であり、その中心軸である軸線Ｘを被検体６に向けて配置される。また、砲身２２の両側の開口端部のうち、被検体６へ向けた、つまり前方側の開口端部２２ａから被検体６までは所定の距離Ｌ１だけ隔てられている。距離Ｌ１は、例えば１〜２ｍとし得る。また、開口端部２２ａから、距離Ｌ１よりも小さな距離Ｌ２を隔てて速度検出器５が配置されている。速度検出器５は、軸線Ｘに沿って通過する飛翔物体４の速度を検出できるよう、その通過を検知するためのレーザ光の発光部５１ａ及び５１ｂと受光部５２ａ及び５２ｂとをそれぞれ有する通過検知ゲート５ａ及び５ｂを所定の間隔で備える。
【００２１】
図２を併せて参照すると、砲身２２の開口端部２２ａと反対側、つまり後方の開口端部２２ｂ近傍の砲身２２の内部には、略円柱形状のプラグ体３が砲身２２の断面を閉塞するように嵌入されている。プラグ体３は、後述するように空間に射出されて空気抵抗によって失速しやすいように、少なくとも飛翔物体４に比べて密度の小さい材質からなり、本実施例においては発泡スチロールからなる。プラグ体３の前方側（開口端部２２ａ側）の面は平面であり、これと接するように飛翔物体４がその前方に配置されている。飛翔物体４は、雪塊や氷塊、バラストなど、又はこれらを再現する固形物であり、砲身２２の内部に遊挿できる形状であればよい。なお、本実施例においては、飛翔物体の重量として最大３ｋｇ程度、飛翔速度として最大３６０ｋｍ／ｈ程度を想定している。
【００２２】
砲身２２の開口端部２２ｂは隔膜３１を挟んで蓄圧室２１の前方に備えられる開口部２５に接続されている。すなわち、隔膜３１は、砲身２２の開口端部２２ｂ及び蓄圧室２１の開口部２５を互いに閉塞している。蓄圧室２１の内部には、ソレノイド２４により前後方向へ移動可能な針体からなる撃針２３が軸線Ｘ上に備えられ、その先端にて隔膜３１を後方から前方へ向けて打突できる。隔膜３１は開口端部２２ｂと蓄圧室２１の間に挟まれて固定された膜体であり、蓄圧室２１内部の圧力を受けても外部の大気圧に対してその密閉を保つことのできる強度を有する。また、隔膜３１は、所定の圧力の圧縮気体を蓄圧室２１に閉じ込めた上で、撃針２３の打突により突き破られて破壊され得る。隔膜３１の材質及び厚さは蓄圧室２１に密閉させる圧縮気体の圧力により適宜変更される。また、隔膜３１は瞬時に広く開口するように破壊されることが好ましく、例えば塩化ビニルやセルロイドの膜体を使用できる。これにより、隔膜３１を破壊されたときに、圧縮気体を速やかに砲身２２の内部に導くことができる。
【００２３】
図３に示すように、衝撃試験装置１はさらに制御装置１００を備える。制御装置１００は、電磁弁１４のコンプレッサ１１側に接続された圧力計１３と、蓄圧室２１に接続された圧力計１５の圧力値をそれぞれ入力されて、これに基づいて電磁弁１４及びソレノイド２４に信号を送出してそれぞれの動作を制御できる。制御装置１００は、また、速度検出器５による飛翔物体４の通過を検知する信号を通過検知ゲート５ａ及び５ｂから受信し、これに基づいて飛翔物体４の通過検知ゲート５ａ及び５ｂ間の平均速度を算出し、この値を飛翔速度として図示しないモニタ等に出力できる。このように、飛翔物体４の射出と飛翔速度の検出については制御装置１００を介して電気的に操作でき、圧力の負荷中から飛翔物体の被検体への衝突までの遠隔操作を可能とする。
【００２４】
次いで、衝撃試験装置１の使用方法について、図４に沿って図１乃至図３を参照しつつ詳細に説明する。
【００２５】
まず、図４を参照すると、図１及び図２に示すように、被検体６を軸線Ｘ上の所定の位置に配置し、プラグ体３及び飛翔物体４を砲身２２内の所定位置に配置し、さらに蓄圧室２１と砲身２２との間に隔膜３１を配置して固定する（Ｓ１）。なお、砲身２２の軸線Xは必ずしも、地面に対して水平である必要は無く、斜め上又は斜め下に向けて傾斜していても良い。
【００２６】
次いで、蓄圧室２１の加圧を行う（Ｓ２）。詳細には、さらに図３を併せて参照すると、コンプレッサ１１を稼働させると、制御装置１００は、圧力計１３から出力される信号によってコンプレッサ１１の稼働を確認する。次いで、制御装置１００は電磁弁１４を解放させ、圧力調整弁１２により所定の圧力を超えないよう圧力を制御された空気を蓄圧室２１の内部に圧送させる。さらに、制御装置１００は、蓄圧室２１の内部の圧力を圧力計１５から出力される信号によって測定し、所定の圧力に達したところで電磁弁１４を閉じて、蓄圧室２１の内部に圧縮空気を閉じ込める。
【００２７】
次いで、飛翔物体４を射出し、飛翔させる（Ｓ３）。詳細には、制御装置１００から動作電源をソレノイド２４に供給してこれを駆動させ、撃針２３を前方へ移動させて隔膜３１を打突させる。隔膜３１は撃針２３により前方へ突き破られ、蓄圧室２１の内部と砲身２２の内部との圧力差により軸線Ｘに沿って前方へ向けて破壊して一気に開口し、蓄圧室２１の内部の圧縮空気が砲身２２の内部へ導かれつつ膨張する。これにより、砲身２２の内部において、プラグ体３を飛翔物体４とともに軸線Xに沿って前方へ向けて加速させ、砲身２２の開口端部２２ａから射出させる。
【００２８】
このとき、プラグ体３の前方側の面は平面であり、飛翔物体４の向きを拘束しない。そのため、飛翔物体４は砲身２２の内部において転動を可能とし、砲身２２の内周面との摩擦などにより転動しながら飛翔することができる。また、加速中に飛翔物体４のプラグ体３に対する接点が飛翔物体４の重心から進行方向（軸線Ｘ方向）に対してオフセットされた位置に配置されていれば、これよっても飛翔物体４は加速中に転動される。すなわち、かかる転動は飛翔物体４の形状に依存する。これらの転動に用いられるエネルギーは進行方向への加速に用いられるエネルギーに比べて十分小さく、飛翔物体４の向き及び姿勢を不安定にしつつも、その速度を所望の速度近傍において安定させ得る。つまり、飛翔物体４の飛翔は、鉄道車両機器に衝突してくる雪塊、氷塊やバラストなどの固形物の飛翔を忠実に再現している。
【００２９】
プラグ体３は、開口端部２２ａから射出された直後に空気抵抗により失速し、少なくとも距離Ｌ２を進むまでに飛翔物体４から脱離する。プラグ体３を開口端部２２ａと速度検出器５の間、つまり距離Ｌ２を進むまでに落下できるよう、プラグ体３の材質などが調整される。
【００３０】
また、開口端部２２ａから射出された飛翔物体４は、プラグ体３の脱離後においてその影響を受けずに飛翔し、速度検出器５を通過する。このとき、速度検出器５の通過検知ゲート５ａ及び５ｂによりその通過が検知され、飛翔物体４の通過を検知したことを示す検知信号が制御装置１００に入力される。制御装置１００は、通過検知ゲート５ａ及び５ｂから検知信号を受信した時刻の差に基づいて飛翔物体４の両ゲート間の平均速度を飛翔速度として算出する（Ｓ４）。なお、速度検出については、例えば、飛翔物体４に反射させた電磁波のドップラー効果に基づく方法など、他の公知の方法を用いてもよい。
【００３１】
速度検出器５を通過した飛翔物体４は、軸線Ｘ上に位置する被検体６に衝突する。飛翔物体４の衝突した被検体６はあらかじめ定められた各種評価方法にてその耐衝撃を評価される（Ｓ５）。
【００３２】
また、飛翔物体４の速度は、主に、蓄圧室２１の容積、圧縮気体の圧力及び砲身２２の容積に依存する。特に、砲身２２の容積に対する蓄圧室２１の容積が小さくなると、射出されるまでにプラグ体３に負荷される圧力が大きく低下し、摩擦力などの影響を受けやすくなる。つまり、砲身２２の容積に対する蓄圧室２１の容積を大きくし、プラグ体３を開口端部２２ａから射出するまでの圧力変化をより小さくすることで、飛翔物体４の速度を所望の速度付近で安定化させ易い。そこで、例えば、蓄圧室２１の容積は砲身２２の容積より大であることが好ましい。
【００３３】
なお、本実施例において、蓄圧室２１の容積を３０Ｌ、砲身２２の容積を約２１．６Ｌ（内径φ１０５ｍｍ、長さ２５００ｍｍ）とし、圧縮気体として０．６ＭＰａに圧縮した空気を蓄圧室２１に閉じこめて、質量２ｋｇの飛翔物体４としてのバラスト（岩石片）を射出させたところ、検出された飛翔物体４の飛翔速度は３６０ｋｍ／ｈであった。
【００３４】
また、大きさ、重量、形状、材質等の異なる種々の飛翔物体について試験ができるよう、内径や長さの異なる複数の砲身を蓄圧室に接続できるようにすることが好ましい。
【００３５】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。
【符号の説明】
【００３６】
１    衝撃試験装置
２    射出装置
３    プラグ体
４    飛翔物体
５    速度検出器
６    被検体
２１  蓄圧室
２２  砲身
２３  撃針
３１  隔膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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