(57)【要約】【課題】複数の空力ブレーキ板を適切に配置にすることにより、空力ブレーキ板の出現時に車両全体として大きな抗力が得られることを実現する。【解決手段】空力ブレーキ板２０を車両幅方向１１０に隣り合わないように設置することで、空力ブレーキ板２０に当たって剥離した流れの一部が空力ブレーキ板２０の列の内側へ流れ、車両前後方向１００で隣の列の後方の空力ブレーキ板２０に当たる。これにより、空力ブレーキ板２０の列の内側に流れる風速が増加するため、空力ブレーキ板２０の列の内側での抗力が増加し、車両全体で発生する抗力が増加する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の屋根上に出現／格納可能に構成された空力ブレーキ板が、車両前後方向に複数枚設けられて列をなし、前記列が車両幅方向に複数列に配置され、
前記空力ブレーキ板は、出現した際に車両正面方向の投影面において重なって見える位置に列状に配置されており、かつ、車両幅方向の投影面において重ならずに見える位置に配置されていることを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
車両幅方向に複数列に配置された前記空力ブレーキ板において、一の列の空力ブレーキ板から隣の他の列の後方の空力ブレーキ板までの距離が、前記一の列と同じ列の後方の空力ブレーキ板までの距離の半分であることを特徴とする、請求項１に記載の鉄道車両。
【請求項３】
車両幅方向に複数列に配置された前記空力ブレーキ板において、車両幅方向に隣り合う空力ブレーキ板の列同士の間に隙間を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両。
【請求項４】
車両幅方向に複数列に配置された前記空力ブレーキ板は、車両前後方向から、車両を見たときに、車両中心を中心に車両幅方向で左右対称に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の鉄道車両。
【請求項５】
前記空力ブレーキ板において、車両前後方向の列を３列以上に配置して構成される、請求項１〜４の何れか一項に記載の鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空力ブレーキを有する鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気抵抗を利用した空力ブレーキが航空機やロケットなどの航空・宇宙分野で広く実用化されており、近年では、この空力ブレーキの鉄道車両への適用が研究されている。空力ブレーキにて発生する抗力（ブレーキ制動力）が、空力ブレーキが受ける風速の２乗に比例して増加するため、高速域で有効に活用するよう、新幹線をはじめとする高速車両における緊急停止用のブレーキとしての利用が想定されている。
【０００３】
一般に、空力ブレーキは空力ブレーキの受風面積が大きいほど、抗力が大きくなる。このため、より大きな抗力を得るためには、空力ブレーキを大型化することが望ましい。しかし、鉄道車両には車両限界が定められており、また、空力ブレーキが大型化すると、空力ブレーキからの放出渦が大きくなるため、車両周囲に大きな風速変動を生じる可能性がある。このため、高速車両へ適用する場合、空力ブレーキの大きさには制限が生じる。
【０００４】
また、緊急時にのみ空力ブレーキが出現できるようにするためには、出現／格納ができるような構成が必要となる。そのため、簡単に出現／格納できるように、空力ブレーキの受風する部分を板とすることが一般的である。格納時は、空力ブレーキ板を折り畳んでおき、出現時には、空力ブレーキ板を走行風に対して起立して出現することにより、抗力を得られるようになる。
【０００５】
例えば、特許文献１では、緊急時にのみ抗力を得られるように、屋根上に出現／格納可能とした小型の空力ブレーキ板を、複数個列状に配置する構成を発明している。小型の空力ブレーキ板にすることで、車両周囲で大きな風速変動を生じないようにしながら、複数個設置することで、車両全体での空力ブレーキの抗力を増加することを目的としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５８２４２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、複数の空力ブレーキ板を設置すると、車両の重量増加および客室空間の縮小につながる。そのため、個々の空力ブレーキ板で発生する抗力を増加させ、緊急時には所定の停止距離で停止できるような抗力を確保しつつ、空力ブレーキの個数を減らすことが課題である。
【０００８】
また、複数の空力ブレーキ板を列状に設置した場合には、前方の空力ブレーキ板に当たって偏向した流れが、車両幅方向に流れてしまうことにより、後方の空力ブレーキ板に流れが当たりにくくなり、後方の空力ブレーキ板で発生する抗力が低減するといった課題もある。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、複数の空力ブレーキ板を適切に配置にすることにより、前方の空力ブレーキ板で剥離した流れを効率よく後方の空力ブレーキ板に当て、空力ブレーキ出現時に車両全体として大きな抗力が得られることを実現するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、代表的な本発明の空力ブレーキを有する鉄道車両の一つは、第１の形態として、車両の屋根上に出現／格納可能に構成された空力ブレーキ板（例えば、図１の空力ブレーキ板２０）が車両前後方向で複数枚設けられて列をなし、当該列が車両幅方向に複数列で構成されており、前記空力ブレーキ板が車両幅方向で隣り合わないように、配置することを特徴とする鉄道車両である。
つまり、前記空力ブレーキ板は、出現した際に、車両正面方向の投影面において重なって見える位置に列状に配置されており、かつ、車両幅方向の投影面において重ならずに見える位置に配置されている。
【００１１】
この第１の形態により、前方の空力ブレーキ板で偏向した流れが、前記空力ブレーキ板と車両前後方向で列が異なる、後方の空力ブレーキ板に当たりやすくなるため、前記後方のブレーキ板で発生する抗力が増加する。
【００１２】
また、上記目的を達成するため、第２の形態として、第１の形態の鉄道車両であって、車両幅方向に複数列に配置された空力ブレーキ板において、一の列の空力ブレーキ板から隣の他の列の後方の空力ブレーキ板までの距離（図３のＬ２）が、一の列と同じ列の後方の空力ブレーキ板との距離（図３のＬ１）の半分であるような配置に構成してもよい。
【００１３】
車両幅方向の隣の列の後方の空力ブレーキ板との距離（図３のＬ２）が、車両前後方向の列が同じである後方の空力ブレーキ板との距離（図３のＬ１）の半分になることにより、車両が前後方向ともに走行する際、空力ブレーキ板で発生する抗力が、車両の進行方向に問わず、均等に確保できる。
【００１４】
また、上記目的を達成するため、第３の形態として、第１又は第２の形態の鉄道車両であって、車両幅方向に複数列に配置された空力ブレーキ板の列において、車両幅方向に隣り合う空力ブレーキ板の列同士の間に隙間を設けた鉄道車両に構成しても良い。
【００１５】
車両前後方向の空力ブレーキ板の列において、車両幅方向に隣にある空力ブレーキ板の列との間に隙間を設けて配置することにより、前記隙間に走行風が流れ、後方の空力ブレーキ板に当たる風を速くすることができ、後方の空力ブレーキ板で発生する抗力を増加することができるようになる。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、第４の形態として、第１〜３の何れかの形態の鉄道車両であって、車両前後方向から車両を見たときに、車両前後方向の空力ブレーキ板の列が、車両中心を中心に車両幅方向で左右対称に配置する鉄道車両に構成しても良い。
【００１７】
車両前後方向から、車両を見たときに、車両前後方向の空力ブレーキ板の列が、車両中心を中心に車両幅方向で左右対称に配置することにより、空力ブレーキ板による流れが車両中心を中心に車両の幅方向で流れが対称的に流れるようになり、車両の幅方向の左右の空力ブレーキ板に抗力が同程度発生するため、車両の走行安定性を損なわずに抗力を確保できる。
【００１８】
また、上記目的を達成するため、空力ブレーキ板の幅方向の列を２列に限ることなく、第５の形態として、第１〜４の何れかの形態の鉄道車両であって、車両の前後方向の前記空力ブレーキ板の列を車両幅方向に３列以上配置して構成する鉄道車両に構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、空力ブレーキ板を配置した車両（実施例１）の外観斜視図である。
【図２】図２は、図１の空力ブレーキ板を配置した車両の車両前後方向に対する断面図である。
【図３】図３は、図１の空力ブレーキ板を配置した車両の上面図である。
【図４】図４は、従来の空力ブレーキ板を配置した車両の外観斜視図である。
【図５】図５は、図４の空力ブレーキ板を配置した車両の上面図である。
【図６】図６は、流体解析による、図１および図４の空力ブレーキ板で発生した抗力を比較した結果を示した図である。
【図７】図７は、流体解析による、車両高さ方向に対する空力ブレーキ板の中心断面における、従来および本発明での空力ブレーキ板２０の配置における圧力分布を示す図である。
【図８】図８は、空力ブレーキ板の車両幅方向の中心断面における、図１および４の空力ブレーキ板周りの気流の概要図である。
【図９】図９は、空力ブレーキ板の車両高さ方向の中心断面における、図４の空力ブレーキ板周りの気流の概要図である。
【図１０】図１０は、空力ブレーキの車両高さ方向の中心断面における、図１の空力ブレーキ板周りの気流の概要図である。
【図１１】図１１は、空力ブレーキ板を配置した車両（実施例２）の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を用いて実施例を説明する。ただし、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
【実施例】
【００２１】
［実施例１］
まず、複数の空力ブレーキ板２０を車両幅方向１１０に隣り合わないように設置した鉄道車両の第一の実施形態について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、空力ブレーキ板２０を配置した車両１０の外観斜視図であり、図２は、図１の車両１０の車両前後方向１００に対する断面図、図３は、図１の車両１０の上面図の拡大図である。図１、図２および図３では、鉄道車両の中間車両を対象とした例を示す。
【００２２】
図１、図２および図３に示すように、本実施例では、車両１０の屋根上に複数の空力ブレーキ板２０が配置される。具体的には、車両前後方向１００（進行方向）に所定の配置間隔Ｌ１をおいて配置された複数枚の空力ブレーキ板の列を１列として、車両幅方向１１０に２列の空力ブレーキ板２０が、車両幅方向１１０では、空力ブレーキ板２０が隣り合わないように配置されている。つまり、ある空力ブレーキ板の列における車両前後方向１００での配置間隔Ｌ１（図３における空力ブレーキ板Ａ１とＡ２との車両前後方向の距離）が、車両幅方向１１０で隣の空力ブレーキ板の列における、後方の空力ブレーキ板２０との車両前後方向１００の配置間隔Ｌ２（図３における空力ブレーキ板Ａ１とＢ１との車両前後方向の距離）よりも大きく配置されている。
【００２３】
空力ブレーキ板２０の設置枚数ｍは車両の全長や配置間隔Ｌ１等によって決まる。図１、図２および図３では、車両前後方向１００で５枚の空力ブレーキ板を１列として、車両幅方向１１０に２列配置した例を示している。
【００２４】
これらの空力ブレーキ板２０は、非使用時は車両の屋根上において、空力ブレーキ板の板面が略水平になるように格納されており、使用時に、車両前後方向１００に対して空力ブレーキ板の板面が略垂直となるように起立駆動することで出現するように構成されている。
【００２５】
また、図２に示すように、空力ブレーキ板２０は、起立駆動している使用時には、規定された車両限界１２に収まるサイズに構成・配置されている。また、車両幅方向１１０に配置した複数枚（図２では２枚）の空力ブレーキ板２０の幅ｌの合計が、車両限界幅Ｗに対して１／２以上となるように構成されている。
【００２６】
［従来例との相違］
次に、本発明における空力ブレーキ板２０の配置と、従来の車両における配置の違いを説明する。従来の空力ブレーキ板２０の配置を図４および図５を用いて説明する。図４は、従来の空力ブレーキ板２０を配置した車両１０の外観斜視図、図５は、図４の車両１０の上面図である。
【００２７】
従来の車両では、本発明と異なり、空力ブレーキ板２０を車両前後方向１００に対して隣り合うように、列状に配置している。つまり、ある空力ブレーキ板の列における車両前後方向１００での配置間隔Ｌ１（図５における空力ブレーキ板Ａ１とＡ２との車両前後方向の距離）が、車両幅方向１１０で隣の空力ブレーキ板の列における、後方の空力ブレーキ板２０との車両前後方向１００配置間隔Ｌ２（図５における空力ブレーキ板Ａ１とＢ２との車両前後方向の距離）と同じとなるように配置されている。
【００２８】
本発明の効果を示すため、本発明における空力ブレーキ板２０の配置と従来の配置による抗力の違いを流体解析にて算出した。図６に、従来の配置による空力ブレーキ板２０で発生する抗力と本発明による空力ブレーキ板による抗力を示す。図７に、空力ブレーキ板２０の車両高さ方向１２０の中心断面における、従来および本発明での空力ブレーキ板２０の配置における圧力分布を示す。
【００２９】
なお、上記流体解析は、車両前後方向１００で１０枚の空力ブレーキ板を１列として、車両幅方向１１０に２列配置した１車両を対象としている。
【００３０】
図５の流体解析結果より、本発明での空力ブレーキ板２０の配置にすることで、同じ空力ブレーキ板の個数でありながら、車両全体での空力ブレーキ板２０で発生する抗力の総和は従来の配置の場合の１．５倍になることを確認できる。
【００３１】
これは、本発明での空力ブレーキ板２０の配置を採用することで、個々の空力ブレーキ板２０で発生する抗力が増加したことによる。これは、図７の圧力分布からも、本発明での空力ブレーキ板２０の配置が、従来の空力ブレーキ板２０の配置に比べて、全ての空力ブレーキ板２０の車両１０内側付近にて、圧力が増加していることからもわかる。
【００３２】
この空力ブレーキ板２０で発生する抗力の増加する原理を図８、図９および図１０を用いて説明する。図８は、空力ブレーキ板２０の車両幅方向１１０の中心における車両高さ方向の断面における、空力ブレーキ板２０周りの気流の概要図である。図９は、空力ブレーキ板２０の車両高さ方向１２０の中心断面における、従来の空力ブレーキ板２０を配置した場合の空力ブレーキ板周りの気流の概要図である。図１０は、空力ブレーキ板２０の車両高さ方向１２０の中心断面における、本発明における空力ブレーキ板２０を配置した場合の空力ブレーキ板周りの気流の概要図である。
【００３３】
空力ブレーキ板２０周りの気流は、車両幅方向１１０に対する断面では、空力ブレーキ板２０の配置に関係なく、図８のように、空力ブレーキ板２０に向かう気流Ｓ１が、空力ブレーキ板２０にて上方に向かって剥離をすることで、車両高さ方向１２０に偏向し、その後、車両１０の屋根面で再付着して、車両前後方向１００の気流Ｓ２となり、後方の空力ブレーキ板２０に当たる。この流れが、車両の後方に向かって続くことにより、後方の空力ブレーキ板２０に走行風が常に当たることで抗力が発生する。
【００３４】
前方の空力ブレーキ板２０で剥離した気流が再付着して、車両前後方向１００の気流Ｓ２となることにより、空力ブレーキ板２０で発生する抗力を効率的に得ることができる。そのため、前方の空力ブレーキ板２０で剥離した気流が再付着するように、車両前後方向１００の空力ブレーキ板の配置間隔Ｌ１を空力ブレーキ板の高さｈの６倍以上とすることが好適である。
【００３５】
車両高さ方向１２０に対する断面、つまり車両の上方から見た空力ブレーキ板２０周りの気流は、空力ブレーキ板２０の配置によって、大きく異なる。
【００３６】
図９に示すように、二列からなる空力ブレーキ板２０を車両幅方向１１０に隣り合わせて列状に配置した従来の形態では、空力ブレーキ板２０に向う流れＳ１は、空力ブレーキ板２０に当たって剥離することで、車両幅方向１１０に偏向され、その後、空力ブレーキ板２０の車両幅方向１１０の車両内側に戻りながら、後方の空力ブレーキ板２０に当たるような流れとなる。そのため、空力ブレーキ板２０の車両幅方向１１０の外側の両端付近に比べて、空力ブレーキ板２０の車両内側付近の流れは遅くなり、後方の空力ブレーキ板２０の車両内側では、抗力が小さくなる。
【００３７】
一方、図１０に示すように、二列からなる空力ブレーキ板２０を車両幅方向１１０に隣り合わないように設置した本発明の形態では、空力ブレーキ板２０に向かう流れＳ１は、空力ブレーキ板２０に当たって剥離することで、車両幅方向１１０に剥離するが、その一部は空力ブレーキ板２０の車両内側へ流れる。この流れは、車両前後方向１００で異なる列の後方の空力ブレーキ板２０に当たる。この流れは車両の後方へ続いていく。これにより、従来の、空力ブレーキ板２０を車両幅方向１１０に隣り合わせて列状に配置した形態とは異なり、空力ブレーキ板２０で剥離した流れが空力ブレーキ板２０の車両内側にも流れることにより、空力ブレーキ板２０の車両幅方向１１０の内側に流れる風速が増加するため、空力ブレーキ板２０の車両内側付近での抗力が増加し、車両全体で発生する抗力が増加する。
【００３８】
これらのことから、本発明においては、空力ブレーキ板２０の個々の抗力が増加する。そのため、緊急時の停止距離を満足する抗力を確保するために必要な空力ブレーキ板の個数を減らすことができ、車両重量の低減および客室空間の確保につながる。
【００３９】
また、実施例１において、第二の実施形態として、車両幅方向の隣の列である後方の空力ブレーキ板との距離（図３のＬ２）が、車両幅方向の列が同じである後方の空力ブレーキ板との距離（図３のＬ１）の半分であるような配置とすることが好適である。
【００４０】
これにより、車両の進行方向に問わず、空力ブレーキ板で発生する抗力を、一定量確保できる。
【００４１】
［実施例２］
図１１は、第三の実施形態として、空力ブレーキ板を配置した車両（実施例２）の上面図を示す。
本発明の実施例１の形態に加えて、車両前後方向１００の空力ブレーキ板２０の列において、車両幅方向１１０に隣の列との間に隙間間隔Ｄを設ける。
【００４２】
これにより、車両前後方向１００の空力ブレーキ板２０の列の隙間に走行風が流れるため、後方の空力ブレーキ板に当たる風を速くすることができ、後方の空力ブレーキ板で発生する抗力を増加することができる。
【００４３】
また、実施例１および実施例２において、車両前後方向１００から、車両１０を見たときに、空力ブレーキ板の列が、車両幅方向１１０で左右対称となるように配置することが好適である。
【００４４】
車両前後方向１００から車両１０を見たときに、空力ブレーキ板２０の列が車両幅方向１１０で左右対称となるように配置するにより、空力ブレーキ板２０による気流が車両幅方向１１０で対称的に流れるようになり、車両幅方向１１０の左右の空力ブレーキ板２０に抗力が同程度発生するため、車両の走行安定性を損なわずに抗力を確保できる。
【００４５】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例構成に置き換えることも可能である。更に、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
例えば、上記実施例１および実施例２において、車両前後方向１００の空力ブレーキ板２０の列を２列に限定する必要はなく、車両幅方向１１０に３列以上配置して構成しても良い。この場合には、空気ブレーキ板でさらに大きな抗力が発生することが期待できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０…車両、１２…車両限界、２０…空力ブレーキ板、１００…車両前後方向、１１０…車両幅方向、１２０…車両高さ方向
【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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