(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両が走行することにより床下に生じる走行風を低減する鉄道車両の床下走行風の低減方法であって、
走行する鉄道車両の側面に沿う側面走行風の、鉄道車両の側面に沿った床下への巻き込みを、鉄道車両の側面下部から側方へ張り出す張り出し部によって抑制することにより、鉄道車両床下の走行風を低減することを特徴とする鉄道車両の床下走行風の低減方法。  
【請求項２】
鉄道車両が走行することにより床下に生じる走行風を低減する鉄道車両の床下走行風の低減装置であって、
鉄道車両の側面下部に、側面走行風が床下に巻き込まれる経路を床下側と反床下側とを仕切る側方への張り出し部を有し、この張り出し部はそれを床下側へ越えようとする側面走行風に対する剥離緩和曲面を介して平坦な上面が下面へと続いていることを特徴とする鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項３】
張り出し部は、鉄道車両の側面下部にある裾細り形状面の下部寄りに設けてある請求項２に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項４】
張り出し部は、張り出し端から基部に向かって増厚している請求項２、３のいずれか１項に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項５】
張り出し部は、上面がほぼ水平で、下面が張り出し端から基部に向かって斜め下方に向かっている請求項４に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項６】
張り出し部は、上面に続く剥離緩和曲面から下面の基部までほぼ流線形状をなしている請求項５に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項７】
張り出し部は、上面が基部から張り出し端に向けやや下向きに傾斜している請求項２〜６のいずれか１項に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項８】
張り出し部は、床下側に巻き込まれる側面走行風が速度を増しながら床下とのコーナ部に至るときのピークとなる位置の近傍にて張り出している請求項２〜７のいずれか１項に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【請求項９】
張り出し部は、複数設ける請求項２〜８のいずれか１項に記載の鉄道車両の床下走行風の低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両が走行することにより床下に生じる走行風を低減する鉄道車両の床下走行風の低減方法と装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
このような走行風に関する技術としては、道床を乱すなどの道床への悪影響、例えば基準粒度の砕石がそれよりも小さく砕けたものにつき生じることのある浮動などを防止することを意図して、道床の砕石どうしをシリコーンゴム弾性皮膜で固着させる技術（例えば、特許文献１参照。）や、道床の砕石を覆うネットを敷設する技術（例えば、特許文献２参照。）が知られている。
【特許文献１】特開平  ６−１６７００２号公報
【特許文献２】特開平  ８−０４１８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１、２に記載の技術は、いずれも、道床の側を床下走行風による風圧によっても悪影響を受けないように改良するもので、効果があるにしても、道床全長に亘って施工する必要があり多大な時間と労力、コストが掛かる。しかも、床下走行風はそのままであるので、騒音の発生や床下機器への影響など他の問題は解消されない。
【０００４】
そこで、本発明者等は、鉄道車両が走行するときの床下走行風そのものを低減して問題を解決すべくコンピュータによるシミュレーション解析を行って種々に検討した。それによると、鉄道車両の表面に沿った走行風の軌跡は図１（ａ）、図２２（ａ）に示すようになり、この結果は実際の鉄道車両１の表面に付着したオイル類や汚れなどの流れ線とよく一致している。図２２（ａ）では現状の鉄道車両に相当するシミュレーション解析における流れ線２を見ており、走行する鉄道車両１により生じる車両側面に沿った側面走行風が、鉄道車両１の後方に向かいながらも床下に巻き込まれて、床下に沿った床下走行風に合流する挙動が見られ、床下走行風を増量しその勢いを増している様子が窺える。図１（ａ）は改良した車両１に相当するシミュレーション解析における流れ線２を見ており、床下への巻き込みが緩和し、床下走行風の減量と勢力の低減が窺える。
【０００５】
この解析には図２３（ａ）に示すような１／２両＋１両＋１／２両の列車モデルを設定し、列車を編成する各車両１は図２３（ｂ）に示すように側方が開放部５となった部分に台車４を持ち、台車４が車輪６によって軌条３の上に乗った状態での台車４および車両１の軌条３からの高さが共に２００ｍｍとなる台車モデルを設定した。枕木方向には図２３（ｃ）に示すように車両１の対称面から外側へ１６ｍの範囲とし、高さ方向には図２３（ｃ）に示すような車両１の下部範囲とした。この下部範囲は図２２に示す車両１の側面走行風の乱れのない水平な流れ線２の領域を幾分含んだ範囲であり、床下側に引き込まれる流れ線２の範囲が完全に含まれた範囲である。この解析範囲は図２４（ａ）に示すように地上面、車両表面、および２つの外境面で囲われた横断面域を有し、この横断面域に対し、図２４（ｂ）に３次元的に示す車両１の走行方向Ｘにおける一端の流入面１１から他端の流出面１２へと、８３．３ｍ／ｓでの等分布速度の風を通し、流出面１２での圧力が０Ｐａ、走行速度３００ｋｍ／ｈとなる条件設定にて解析を行い、図２３（ａ）に示す中央の車両１の長さ２４，５ｍを評価範囲とした。なお、以上の条件で解析を行うと図１（ａ）、図２２（ａ）のように車両１の側から見た走行風の流れが求まるが、地上への走行風の影響を評価するために、地上側から見た流れへの換算を行った。また、圧力分布は観測点の違いによる差はないので、そのままの値を用いた。
【０００６】
この結果、代表的にＸ＝１０ｍの位置で見ると図２５（ａ）に示すベクトル図と図２５（ｂ）に示す圧力分布図とが得られた。図２５（ａ）の走行風ベクトル図では前記横断面上でのＹＺ方向の二次元速度ベクトルの大小を長さで示し、３次元速度ベクトルの大小を＋側および−側から０への濃淡によって示しており、走行風の速度ベクトルと圧力分布との相関はとれているといえる。次に、床下走行風の道床への影響を見るために地上面から１０ｍｍ付近で見た、車両１の車端から軌条３の長手方向Ｘでの走行風の速度値をプロットすると、枕木方向Ｙの対称面７の位置、つまりＹ＝０ｍｍの位置での速度分布は図２６（ａ）に示す通りとなり、Ｙ＝１１００ｍｍの位置では図２６（ｂ）に示す通りとなり、Ｙ＝１３００ｍｍの位置では図２６（ｃ）に示す通りとなった。具体的には、Ｙ＝０ｍｍと、Ｙ＝１１００ｍｍの位置では前側の台車４の部分に第１のピークＰ１があり、その後は車端から１０ｍ付近にピークＰ２が見られ、Ｙ＝０ｍｍではＰ１＝２０ｍ／ｓ、Ｐ２＝１５ｍ／ｓと大きく、Ｙ＝１１００ｍｍではＰ１＝１０〜１４ｍ／ｓ、Ｐ２＝１２ｍ／ｓとなお大きく、Ｙ＝１３００ｍｍではそのようなピークは認められず、７ｍ／ｓ程度以下の風速となっている。
【０００７】
ここで、車端から１０ｍ付近でのピークＰ２は側面走行風の床下走行風への巻き込みが影響しているものと考えられる。この巻き込みは図２５（ａ）に示した走行風ベクトルに見られるように、対称面７の付近および軌条３の外側付近で高い負圧を持って勢いよく渦を巻いているのと符合し、Ｙ＝０ｍｍおよびＹ＝１１００ｍｍの位置で道床に大きな影響を与えかねないことが想定できる。
【０００８】
さらに、走行風の枕木方向Ｙで見た分布傾向を明確にするため、Ｙ＝０ｍｍ、１１００ｍｍ、１３００ｍｍ、１５００ｍｍ、１７００ｍｍの各断面域で走行風最大値を求め、プロットすると、図２７に示す通りとなった。現状ではＹ＝０ｍｍが最も大きく、Ｙ＝１１００ｍｍ、１３００ｍｍと順次小さくなり、Ｙ＝１３００ｍｍ〜１７００ｍｍはやや右下がりであるがほぼ同程度の大きさとなっている。
【０００９】
以上から、床下走行風は走行する車両１に随伴して車両１の走行方向に流れながら、側面走行風を巻き込んで負圧をなして強い渦を巻き、その挙動が道床へ悪影響を及ぼす原因になっていると思われる。そこで、車両１の表面における走行風ベクトルを見ると、図２２（ｂ）の通りとなり、上記のような傾向を示している。これに対処するのに本発明者は、さらに、種々な条件設定での解析と検討を重ね、側面走行風の床下への巻き込みを抑制することで床下走行風そのものが低減し、道床への悪影響が解消されることを見出した。
【００１０】
本発明の目的は、そのような新たな知見に基づき、床下走行風の道床への悪影響を解消できる鉄道車両の床下走行風の低減方法と装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような目的を達成するために、本発明の鉄道車両の床下走行風の低減方法は、鉄道車両が走行することにより床下に生じる走行風を低減する鉄道車両の床下走行風の低減方法であって、走行する鉄道車両の側面に沿う側面走行風の、鉄道車両の側面に沿った床下への巻き込みを、鉄道車両の側面下部から側方へ張り出す張り出し部によって抑制することにより、鉄道車両床下の走行風を低減することを特徴としている。
【００１２】
このような構成では、鉄道車両が走行するときに生じる側面に沿った側面走行風は水平に流れながら床下に巻き込まれようとするが、車両自体の側面から張り出した張り出し部が車両側面の床下側と反床下側とを仕切る作用および整流作用を発揮して、側面走行風を床下へ巻き込み、また側面走行風が床下に巻き込まれるのを抑制し、側面走行風の水平な、または床下に及ばない流れを多くして、床下側への巻き込み流れを少なくしまたはおよび巻き込み流れの勢力を弱めるので、床下走行風とその勢力および負圧も低減する。    
【００１３】
このような方法を達成する鉄道車両の床下走行風の低減装置は、鉄道車両が走行することにより床下に生じる走行風を低減する鉄道車両の床下走行風の低減装置であって、鉄道車両の側面下部に、側面走行風が床下に巻き込まれる経路を床下側と反床下側とを仕切る側方への張り出し部を有し、この張り出し部はそれを床下側へ越えようとする側面走行風に対する剥離緩和曲面を介して平坦な上面が下面へと続いていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成では、鉄道車両が走行する際に生じる車両の側面に沿って水平に流れながら床下に巻き込まれようとする側面走行風につき、車両の側面下部にある側方への張り出し部が床下側と反床下側とを仕切り、また整流することで、床下へ巻き込み、また床下へ巻き込まれるのを抑制して、側面走行風の水平な、または床下に及ばない流れを多くし、床下側へ巻き込み床下走行風に合流する流れを少なくする。また、張り出し部が有している平坦な上面は側面走行風が床下へ巻き込まれようとするのを堰き止め水平な向きに案内しやすいし、床下走行風による床下側からの巻き込み作用力が反床下側に及びにくくするので、側面走行風の床下側への巻き込みを抑制しやすく、しかも、平坦な上面はその張り出し端から剥離緩和曲面を介して下面に繋がったフィン状の張り出し部をなしていて側面走行風が上面を床下側へ越えるときの剥離を緩和し乱れや負圧が生じるのを防止し、床下走行風とその勢力および負圧をより低減する。
【００１５】
張り出し部は、鉄道車両の側面下部にある下向きに細った裾細り形状面の下部寄りに設けてある、さらなる構成では、
側面走行風の床下への巻き込みが車両側面の裾細り形状面付近で強まるのを、その位置での張り出し部による床下側および反床下側の仕切り作用、整流作用によって効果的に抑制し、床下走行風とその勢力および負圧を効率よく低減する。また、車両側面の裾細り形状面は車両限界に対して比較的大きな余裕を持っていることによって、十分な張り出し量の張り出し部を車両限界の問題なしに設けられる。
【００１６】
張り出し部は、張り出し端から基部に向かって増厚している、さらなる構成では、
張り出し部の上面から剥離緩和曲面を経て下面基部に及ぶ全体が翼形となって、上面を床下側へ越える側面走行風との間の剥離が滑らかになる分だけ剥離の緩和効果も高められる。
【００１７】
張り出し部は、上面がほぼ水平で、下面が張り出し端から基部に向かって斜め下方に向かっている、さらなる構成では、
車両走行時の側面走行風を床下側へ巻き込み、また側面走行風が床下側へ巻き込まれる流れに対して張り出し部の上面が適度な拘束力を持って強力に働くのに併せ、上面から剥離緩和曲面を経て床下側へ越える側面走行風との間にできる剥離空間をさらに狭めるので、その分剥離の緩和効果をさらに高められる。
【００１８】
張り出し部が、上面に続く剥離緩和曲面から下面の基部までほぼ流線形状をなしている、さらなる構成では、
張り出し部の上面から剥離緩和曲面を経て下面基部に及ぶ全体が翼形となって、上面を床下側へ越える側面走行風との間にできる狭い剥離空間での剥離を流線形状によりさらに滑らかにする分だけ剥離の緩和効果をより一層高められる。
【００１９】
張り出し部は、上面が基部から張り出し端に向けやや下向きに傾斜している、さらなる構成では、
車両走行時の側面走行風を床下側へ巻き込み、また側面走行風が床下側へ巻き込まれる流れに対して張り出し部の上面が効果的に働く。
【００２０】
さらに、張り出し部は、床下側に巻き込まれる側面走行風が速度を増しながら床下とのコーナ部に至るときのピークとなる位置の近傍にて張り出しているのが好適である。
【００２１】
張り出し部は、複数設ける、さらなる構成では、張り出し部による床下側と反床下側との仕切り作用および整流作用を高められ、側面走行風の床下への巻き込みをより抑制できる。
【００２２】
本発明のそれ以上の目的および特徴は、以下の詳細な説明および図面によって明らかになる。本発明の各特徴は、それ単独で、あるいは可能な限りにおいて種々な組合せで複合して採用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の、鉄道車両の床下走行風の低減方法と装置によれば、車両自体の簡単かつ安価な改良で床下走行風とその勢力および負圧も低減し、床下走行風による道床を始め床下機器などへの悪影響を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る鉄道車両の床下走行風の低減方法と装置の実施の形態について図１〜図２１を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。なお、以下の説明および図示は、本発明の具体例であって、特許請求の範囲における記載の内容を限定するものではない。なお、本実施の形態では車両が走行するときに車両まわりに発生する車両１または地上に対して生じる空気流を走行風または車両走行風と称している。また、走行風が車両の側面に沿うものを側面走行風と称し、床下、つまり道床との間の走行風を床下走行風と称する。図１（ａ）では走行風による流れ線２で示す車両の表面に沿った側面走行風２ａおよび床下走行風２ｂで代表して車両１に対する流れの位置や向きを示している。図１（ｂ）は図１（ａ）に対応して車両１の表面における地上から見た走行風に換算したベクトルを示しており、それが示す流れの向きは図１（ａ）の場合と逆になっている。
【００２５】
ところで、側面走行風２ａと床下走行風２ｂとに関する先のシミュレーション結果から、床下走行風２ｂの道床などへの影響を緩和するには、側面走行風２ａの床下への巻き込みを抑え、Ｘ＝１０ｍ付近で生じているピークＰ２を始め、台車付近全域で低減させる必要がある。そこで、本実施の形態に係る鉄道車両の床下走行風の低減方法は、図１に示すように鉄道車両１が走行することにより生じる車両１まわりの走行風における、特に、床下走行風２ｂを低減することを意図して、走行する車両１の側面に沿う側面走行風２ａの、鉄道車両１の側面に沿った床下への巻き込みを、鉄道車両１の側面下部から側方へ張り出す張り出し部２１にて抑制することにより、鉄道車両１の床下走行風２ｂを低減するようにしている。具体的には、車両１が走行するときに生じる走行風の特に側面走行風２ａは、水平に流れながら既述した図２２に示すように床下に巻き込まれようとするのを、車両１自体の側面からの張り出し部２１が車両側面の床下側と反床下側とを仕切る作用またはおよび整風作用によって、図１に示すように床下走行風２ｂが側面走行風２ａを床下へ巻き込み、また側面走行風２ａが床下走行風２ｂによって床下に巻き込まれるのを抑制する。これにより、図１に示すように側面走行風２ａの水平な、または床下に及ばない流れを多くして、床下側への巻き込み床下走行風２ｂに合流するのを制限するので、床下走行風２ｂの増量とその勢力および負圧を低減させられる。
【００２６】
これを実現する鉄道車両としては、例えば、図１に示すように鉄道車両１の側面下部に、鉄道車両１の側面に沿う側面走行風２ａが車両１の側面に沿って床下への巻き込まれようとする経路の途中に、側方へ張り出して床下側と反床下側とを仕切る張り出し部２１を有したものとすればよい。従って、車両１自体の簡単かつ安価な改良で床下走行風２ｂの増量とその勢力および負圧を低減し、床下走行風２ｂによる道床を始め床下機器などへの悪影響や騒音を防止し、また軽減することができる。
【００２７】
ここで、張り出し部２１の好適な設置位置を特定するために、先ず、側面走行風２ａが床下へ巻き込まれ床下走行風２ｂに合流する挙動に絞った検証をすべく、巻き込み方向となるＹＺ方向での２次元の速度成分のみを見たシミュレーション解析を、特に問題となる軌条３の方向での車両１前端からＸ＝１０ｍ付近につき、行ったところ、図２に示すような結果が得られた。図２から側面走行風２ａが車両１の側面に沿って床下に向かうのに、床下とのコーナ部に向け速度が徐々に増大し、コーナ部の若干手前の位置で１０ｍ／ｓ程度以上とピークに達しているのが認められる。そこで、本発明者らはこのピークに達する直前、またはほぼ前となる高さ位置Ｈのところに前記のような張り出し部２１を設ければ、側面走行風２ａの床下への巻き込みを有効に抑制できるものと先ず想定した。その側面の高さ位置は床下からほぼ２００ｍｍ程度の高さである。しかし、これは車両の種類ごとに異なるものと思われる。例えば、新幹線（登録商標）の高速車両では床下高さに高低があり、高速車ほど低床となっていて床下走行風２ｂは床高タイプよりも高速となっており、車両１まわりの走行風の速度分布は必ずしも一致しないと思われる。本明細書では全体に低床タイプを対象としている。
【００２８】
次いで、張り出し部２１の前記好適高さ位置での張り出し向きの好適例として、側面走行風２ａが床下走行風２ｂにより床下に巻き込まれようとする流れ、および床下走行風２ｂが側面走行風２ａを床下に巻き込もうとする流れの双方に対して遮りやすい側方、特に、側面走行風２ａが床下に巻き込まれようとする図２２に示す流れに対しやや車両１側に拘束しながら遮断ないしは受け止めるように働く図３に示すようなほぼ水平な張り出し向きに選定した。さらに、そのような向きの張り出し部２１の形態としては、図３（ａ）、図４（ａ）に示す断面が張り出し端に向けほぼ三角形となる厚みを持ったソリッド形態で張り出し量８０ｍｍのフィンタイプ、図３（ｂ）、図４（ｂ）に示す板部材よりなる張り出し量８０ｍｍのフィンタイプ、図３（ｃ）、図４（ｃ）に示す板部材よりなる張り出し量１６０ｍｍのフィンタイプ、の３つのモデルを設定した。
【００２９】
そこで、これらにつき、車両１の前端から軌条３方向Ｘ＝１２．２５ｍ付近での走行風のＹＺ方向の２次元速度分布および圧力分布についてシミュレーション解析した。その結果は、図３、図４に示す通りであり、ソリッド形態のフィンをなす張り出し部２１の場合では、図４（ａ）に示すように車両１の側面における張り出し部２１の床下側および反床下側での圧力差が解消され、図３（ａ）に示すように側面走行風２ａおよび床下走行風２ｂのＹＺ方向の走行風ベクトルの分布はほぼ均等で小さく、渦流はどこにも発生していない。これに対し、短い板状フィンタイプの張り出し部２１の場合では、図４（ｂ）に示すように張り出し部２１の床下側と反床下側とで、車量の側面に沿った大きな圧力差があり、ＹＺ方向の走行風ベクトルは図３（ｂ）に示すように図３（ａ）に示す場合の倍以上となり、図３（ｂ）に示すように側面走行風２ａは張り出し部２１を越えて床下側に及び渦を生じ、渦の中心では風速が高く図４（ｂ）に示す低圧部と対応している。長い板状フィンタイプの場合では、図４（ｃ）に示すように張り出し部２１の床下側と反床下側とで、図４（ｂ）の場合に近い大きな圧力差があるが、張り出し部２１の床下側での低圧部分が車両１の側面から離れており、張り出し部２１の張り出し端部の真下に位置している点で異なり、ＹＺ方向の走行風ベクトルは図３（ｂ）に示す場合と余り変わらないが、図４（ｃ）に示すように側面走行風２ａは張り出し部２１を越えて床下側に及び車両１の側面から離れた前記低圧位置に渦を形成し、渦の中心では風速が高くなっている。
【００３０】
ここで、図３（ａ）、図４（ａ）のソリッドフィンタイプの張り出し部２１、図３（ｂ）、図４（ｂ）の短い板状フィンタイプの張り出し部２１、図３（ｃ）、図４（ｃ）の長い板状フィンタイプの張り出し部２１の各場合における、車両１の軌条方向Ｘにおける床下走行風２ｂについての地上１０ｍｍでの速度分布を示すと、枕木方向でのＹ＝０ｍｍの車両中心位置では図５（ａ）に示す通りであり、Ｙ＝１１００ｍｍの位置では図５（ｂ）に示す通りであり、Ｙ＝１３００ｍｍの位置では図５（ｃ）に示す通りである。これらから、板状フィンの張り出し部２１ではその幅の大小にあまり関係なく、Ｙ＝０ｍｍの対称面７の位置、およびＹ＝１１００ｍｍの軌条３の外側位置での側面走行風２ａの台車４部およびその後方での巻き込みによる床下走行風２ｂへの影響を低減することができないのに対し、ソリッドフィンタイプの張り出し部２１によれば十分低減できている。
【００３１】
また、枕木方向におけるＹ＝０ｍｍ、１１００ｍｍ、１３００ｍｍ、１５００ｍｍ、１７００ｍｍの位置での各断面における床下走行風２ｂの最大値をプロットすると、図６に示す通りであり、ソリッドフィンタイプの張り出し部２１では床下走行風２ｂの最大値が１０ｍ／ｓと低く、かつほぼフラットな分布になっているのに対し、板状フィンタイプの張り出し部２１ではその幅の大小に関係なくＹ＝０ｍｍからＹ＝１１００ｍｍ程度まで２２ｍ／ｓ〜１２、３ｍ／ｓ程度までほぼ連続に右肩下がりとなるがソリッドフィンタイプの張り出し部２１に比して高く、１２５０ｍｍ付近以降でようやくソリッドフィンタイプの張り出し部２１とほぼ同等になっている。これは既述した図２７に示す現状の場合に近い分布であり、張り出し部２１の効果は見られない。以上から、側方への張り出し部２１はソリッドフィンタイプとするのが好適であるといえる。もっとも、張り出し部２１の張り出し量は車両限界による制限内の設定であり、車両限界を超える寸法設定は試していない。
【００３２】
一方、板状フィンタイプの張り出し部２１については、前記の床下から２００ｍｍの高さ位置では好結果が得られなかったことから、８０ｍｍの張り出し量にて車両１の側面の最下位置に設けた場合についても同様なシミュレーション解析を行い、Ｙ＝０ｍｍ位置での軌条３に沿うＸ方向での風速をプロットしたところ図７に示す通りとなり、台車４の前のピークＰ３に加え、台車４の後部にもピークＰ４が生じた。しかし、図  （ａ）に示す現状の台車前部のピークＰ１や巻き込み風の影響のあるピークＰ２に対するよりは大きく低減していることがわかる。また、図７での特異な傾向を呈している例えばピークＰ４を示したＸ＝６ｍｍ付近でのＹＺ方向の走行風ベクトルを見ると図８（ａ）に示す通りで、図８（ｂ）に示す現状の場合に比し大きく低減しているし、ほぼ均等になっている。
【００３３】
これを、枕木方向でのＹ＝０ｍｍ、１１００ｍｍ、１３００ｍｍ、１５００ｍｍ、１７００ｍｍの各断面での走行風の最大値をプロットすると図９に示す通りで、ソリッドフィンタイプの張り出し部２１と比べて遜色の無い分布傾向となっている。従って、張り出し部２１はその張り出し位置を変えれば、板状フィンタイプのもので効果があるといえるし、製作性が向上するという利点がある。しかし、台車４部の走行風の変化が急激であるのに加えて、車両１まわり流れが他の場合と比べて特異な傾向を示している。
【００３４】
ここで、張り出し部２１の最適な張り出し向きを決定すべく、張り出し部２１に床下走行風２ｂの低減に有利なソリッドフィンタイプのものを採用した上で、それを下向きに設置して比較例とし、同様にシミュレーション解析した。その結果、車両１の前端から軌条３方向でのＸ＝１２．２５ｍ位置でのＹＺ方向の走行風ベクトルは図１０（ａ）に示す通りで、図１０（ｂ）に示すように床下での軌条３の外側位置に渦が発生している現状の場合に比し、地上付近の渦流が張り出し部２１の真下位置から外側に寄っている点で相違している。圧力分布は図１１（ａ）に示す通りで、図１１（ｂ）に示す低圧部が車両の側面下端部と軌条の内側との２箇所に生じている現状の場合に比べ、低圧位置が張り出し部２１の直ぐ下の車両１の側面に沿う位置と、張り出し部２１の真下の位置から外側の２箇所に移動している点で相違している。また、比較例、現状共に負圧域はないが、比較例の方が現状の場合に比し高圧部分が減少しているといえる。
【００３５】
もっとも、比較例では、張り出し部２１の床下側と反床下側とに高い圧力差が生じ、側面走行風２ａの張り出し部２１を床下側に越えて剥離する流れが車両１側に引かれるために、床下への巻き込みは現状に比べて特に改善されていない。また、地上付近に生じる渦流は車両１の中心から大きく離れたＹ＝１５００ｍｍ付近を中心として位置しそこでの走行風を増大させているので、なお道床への影響が懸念される。
【００３６】
このような比較例と現状とにつき、枕木方向でのＹ＝０ｍ、１１００ｍ、１３００ｍ、１５００ｍの枕木方向位置での床下走行風２ｂの軌条３の方向Ｘでの速度分布をプロットすると、図１２（ａ）〜（ｂ）に示す通り、比較例では床下走行風のＸ方向での速度分布でみても現状に対して床下走行風の低減効果は大差ない。しかも、比較例では下向きの張り出し部２１によって床下側に誘導され、巻き込まれた流れの影響でＹ＝１３００ｍ位置では床下走行風を増大させている。
【００３７】
また、比較例および現状の枕木方向でのＹ＝０ｍ、１１００ｍ、１３００ｍ、１５００、１７００ｍの各断面の走行風最大値をプロットすると、図１３のようになる。これから、下向きの張り出し部２１を設けてもＹ＝０ｍ、１１００ｍ位置では現状と比べて走行風は低減されていず、Ｙ＝１３００ｍ〜１７００ｍでは逆に大幅に増加している。
【００３８】
そこで、本発明者は横向きのソリッドフィンタイプの張り出し部２１が最適と考え、これにつき現状の場合と比較しながらさらに詳述する。図１、図３（ａ）、図４（ａ）に示す横向きの張り出し部２１では、車両１の前端からの軌条３方向でのＸ＝６ｍ、１０ｍ、１２．２５ｍの各断面での走行風ベクトルが図１４（ａ）〜（ｃ）に示すようになり、Ｘ＝６ｍでは側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの巻き込みとそれによる床下での渦が見られるが、Ｘ＝１０ｍでは側面走行風２ａは張り出し部２１を床下側に越えてはいるが、車両１の床下への巻き込みが大きく緩和され、床下走行風２ｂのベクトルおよび風速が十分に低減され、渦流も生じていない。Ｘ＝１２．２５ｍになれば側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの巻き込みは解消されていることがわかる。これに対し、図１５（ａ）〜（ｃ）に示す現状の場合では、Ｘ＝６ｍでは横向きの張り出し部２１の場合とほとんど変わらないが、Ｘ＝１０ｍでも側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの強い巻き込みが見られ床下走行風２ｂの勢いはまだ強い。Ｘ＝１２．２５ｍでも側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの巻き込みは解消されず、なお、床下の１箇所で渦が生じ、床下走行風２ｂはまだ十分に低減していない。
【００３９】
この関係を車両１の前端からの軌条３方向で見たＸ＝６ｍ、１０ｍ、１２．２５ｍでの圧力分布で見ると、横向きの張り出し部２１についでは図１６に示す通りであり、現状は図１７に示す通りである。図から分かるように横向きの張り出し部２１の場合、Ｘ＝１２．２５ｍで車両１の側面および床下の圧力が一定になっていて、側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの巻き込みが抑えられていることを示している。これに対し、現状では車両１の側面の圧力に対し床下の圧力がなお局部的に低く圧力差が解消されず側面走行風２ａの床下走行風２ｂへの巻き込みが生じていることを示している。
【００４０】
次に、枕木方向Ｙ＝０ｍｍ、１１００ｍｍ、１３００ｍｍの各位置での床下走行風２ｂの軌条３の方向でみた速度分布を横向きの張り出し部２１と現状とで比較すると、図１８（ａ）〜（ｃ）に示す通りである。図から横向き張り出し部２１では地上付近の床下走行風２ｂを小さくする効果が見られ、特に、車両１の中心Ｙ＝０ｍｍに近い断面ではそのような効果が顕著に現れている。Ｙ＝１３００ｍｍでは現状でも床下走行風２ｂの影響は比較的小さくなっている。一方、台車４の部分の床下走行風２ｂを低減するには台車４を設ける部分の車両１の側の開放部５を覆うカバーを設けてこの部分でも張り出し部２１が連続するようにすれば有効である。
【００４１】
ここで、横向きの張り出し部２１を用いることで車両１における台車４の部分における床下走行風２ｂのピークを下げられることにつき、既述のシミュレーション解析での評価領域を広げて現状と比較し出力した図１９に示す床下走行風２ｂについてのグラフを用いて説明する。図１９（ａ）で示す現状では台車３号付近で見ると側面走行風の巻き込みによる影響は台車３号の中心から４．５ｍ後のＡ部で大きくなり始めている。このとき、台車２号による影響は台車３号まで及んでいないと考えられるので、同様な現象は台車１号でも生じていると推測される。同様な現象が台車１号でも生じた場合、台車１号の影響によってＢ部で床下走行風２ｂが増加し始め、ピークは台車２号の影響と重なってしまう。このため、現状の場合、評価対象車両１の前側の台車２号付近に客室部よりも大きなピークが現れる。
【００４２】
これに対し、横向きの張り出し部２１の場合では、図１９（ｂ）に示すように台車３号の後のＣ部に明確なピークは現れない。これは横向きの張り出し部２１によって側面走行風２ａの巻き込みが抑えられているからである。従って、台車１号でも同様な状況が考えられ、台車１号の影響が台車２号の影響と重なり合うことはない。台車１号、２号でそれぞれ独立した波形になっていて、台車部の床下走行風２ｂの最大値も台車単位での特性から増大することはない。以上から、横向きの張り出し部２１を設けると、現状の場合よりも台車４部の床下走行風２ｂを大きく低減できる。
【００４３】
また、枕木方向のＹ＝０ｍｍ、１１００ｍｍ、１３００ｍｍ、１５００ｍｍ、１７００ｍｍでの床下走行風２ｂの最大値をプロットすると、図２０に示す通りである。図から横向きの張り出し部２１を設けると、台車４部の影響および側面走行風２ａの床下走行風への巻き込みの影響が抑えられるため、Ｙ＝０ｍｍ、１１００ｍｍでの床下走行風２ｂが低減される。この結果、枕木方向の速度分布は現状の最小値レベルでフラットになる。
【００４４】
さらに詳述すると、本実施の形態の張り出し部２１は、鉄道車両１の側面下部にある下方への裾細り形状面の下部寄りに位置している。これにより、側面走行風２ａの床下への巻き込みが車両側面の裾細り形状面付近で強まるのを、その位置での張り出し部２１による床下側および反床下側の仕切り作用、整流作用によって効果的に抑制し、床下走行風とその勢力および負圧を効果的に低減する。また、車両側面の裾細り形状面は車両限界に対して比較的大きな余裕を持っていることによって、十分な張り出し量の張り出し部を車両限界の問題なしに設けられる。
【００４５】
また、裾細り形状面は、図２１（ａ）に示すように車両１の側スカート壁２２で形成してあり、この側スカート壁２２が存在する長手方向ほぼ全域に張り出し部２１を設けるようにする。また、側スカート壁２２は、車両１の床下機器設置域の側を防風および外装するものであって、車両１の長手方向のできる限りの範囲に亘って設けられる。場合によって側スカート壁２２自体の隆起部として一体形成できる。
【００４６】
ソリッドフィンタイプの張り出し部２１は、また、図２１（ｂ）に示すように張り出し端から基部に向かって増厚した翼形をなし、張り出し部２１の上面２１ａから剥離緩和曲面２１ｂを経て下面基部に及ぶ全体が翼形となって、対煽り強度が向上し、上面２１ａを床下側へ越える側面走行風２ａに対する剥離が滑らかになる分剥離緩和効果も高められる。
【００４７】
しかも、張り出し部２１は、上面２１ａがほぼ水平で、下面２１ｃが張り出し端から基部に向かって斜め下方に傾斜していることにより、車両走行時の側面走行風２ａを床下側へ巻き込み、また側面走行風２ａが床下側へ巻き込まれる流れに対して張り出し部２１の上面２１ａが適度な拘束力を持って強力に働くのに併せ、上面２１ａから剥離緩和曲面２１ｂを経て床下側へ越える側面走行風２ａに対する下面２１ｃの近づき度がさらに高くなって剥離の緩和効果をさらに高められる。さらに、張り出し２１部が、上面２１ａの張り出し端部から下面２１ｃの基部までほぼ流線形状をなしていることにより、張り出し部２１の上面２１ａから剥離緩和曲面２１ｂを経て下面２１ｃの基部に及ぶ全体が翼形となって、上面２１ａを床下側へ越える側面走行風２ａとの間にできる狭い剥離空間での剥離を流線形状によりさらに滑らかにする分だけ剥離の緩和効果をより一層高められる。また、張り出し部２１は、上面２１ａが基部から張り出し端に向けやや下向きに傾斜していることにより、車両走行時の側面走行風２ａを床下側へ巻き込み、また側面走行風２ａが床下側へ巻き込まれる流れに対して効果的に働いた。ここで、張り出し部２１の１つの実施例を示せば、図２１（ｂ）（ｃ）に示す寸法関係としている。
【００４８】
なお、張り出し部２１は必要に応じて図２１（ｃ）に仮想線で示すように複数枚設けることもできる。張り出し部２１の枚数が増えると、それによる床下側と反床下側との仕切り作用および整流作用を高められ、側面走行風２ａの床下への巻き込みをより抑制できる。従って、１枚では床下走行風を十分に低減できない場合や、十分に低減するには必要張り出し量が車両限界を越えるような場合に有効である。この場合、張り出し部２１は車両限界を超えない範囲で同じ張り出し量とすることができるし、図２１（ｃ）に示すように上側から下側のものへ張り出し量を小さくしたり、どのようにもできる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、鉄道車両に実用されるもので、車両走行時の床下走行風自体を低減して道床などに悪影響するのを抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車両に対する走行風の流れと、地上で見た走行風の車両表面および地上表面で見てシミュレーション解析した走行風ベクトルとの関係を示す斜視図である。
【図２】側面走行風と床下走行風の車両まわりの速度分布を示すシミュレーション解析図である。
【図３】床下走行風を低減するために横向きに設ける張り出し部を、ソリッドフィンタイプ、短い板状フィンタイプ、長い板状フィンタイプとしたときの２次元速度ベクトルの分布を示すシミュレーション解析図である。
【図４】図３に対応する圧力分布に関してのシミュレーション解析図である。
【図５】図３、４に対応した床下走行風の軌条方向複数箇所での速度分布を示すグラフである。
【図６】図５に対応した枕木方向各部での最大速度の分布を示すグラフである。
【図７】張り出し部を板状フィンタイプとして車両側面の最下位置に設けたときの、図５（ａ）に対応する軌条方向で見た床下走行風の速度分布を示すグラフである。
【図８】図７に対応する２次元の走行風ベクトルと、現状のものとを比較して示すシミュレーション解析図である。
【図９】図８に対応した枕木方向各部での最大速度の分布を示すグラフである。
【図１０】張り出し部を下向きに設ける比較例での２次元の走行風ベクトルと、現状のものとを比較して示すシミュレーション解析図である。
【図１１】図１０に対応した圧力分布のシミュレーション解析図である。
【図１２】図１０の比較例と現状との枕木方向各部で見た軌条方向での速度分布を示すグラフである。
【図１３】図１２に対応した枕木方向各部での最大速度の分布を示すグラフである。
【図１４】ソリッドフィンタイプの横向き張り出し部についての、軌条方向各部での２次元の走行風ベクトル分布を示すシミュレーション解析図である。
【図１５】図１４に対応する現状での、軌条方向各部での２次元の走行風ベクトル分布を示すシミュレーション解析図である。
【図１６】図１４に対応する圧力分布を示すシミュレーション解析図である。
【図１７】図１５に対応する圧力分布を示すシミュレーション解析図である。
【図１８】図１４、図１５に対応する横向きソリッドフィンタイプと現状との、枕木方向各部で見た軌条方向での床下走行風の速度分布を示すグラフである。
【図１９】横向きのソリッドフィンタイプと現状とにつき、シミュレーション解析での評価領域を広げて比較出力した軌条方向の速度分布を示すグラフである。
【図２０】図１８に対応した枕木方向各部での最大速度の分布を示すグラフである。
【図２１】ソリッドフィンタイプの横向き張り出し部の実施例を示す車両側面図、張り出し部形状図、張り出し部を含む車両下部の断面図である。
【図２２】現状での鉄道車両の車両に対する走行風の流れと、地上で見た走行風の車両表面および地上表面で見てシミュレーション解析した走行風ベクトルとの関係を示す斜視図である。
【図２３】車両走行風のシミュレーション解析の条件を示す説明図である。
【図２４】車両走行風のシミュレーション解析範囲を示す横断面図、斜視図である。
【図２５】現状での車両前端から軌条方向１０ｍ位置での２次元走行風ベクトルと圧力との分布を示すシミュレーション解析図である。
【図２６】図２５に対応した現状の枕木方向各部で見た軌条方向での速度分布を示すグラフである。
【図２７】図２６に対応した現状での枕木方向各部での最大速度の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５１】
１  車両
２ａ  側面走行風
２ｂ  床下走行風
３  軌条
４  台車
５  開放部
６  車輪
２１  張り出し部
２１ａ  上面
２１ｂ  剥離緩和曲面
２１ｃ  下面
２２  側スカート壁
【図１】
0004749831.tif 000002
【図２】
0004749831.tif 000003
【図３】
0004749831.tif 000004
【図４】
0004749831.tif 000005
【図５】
0004749831.tif 000006
【図６】
0004749831.tif 000007
【図７】
0004749831.tif 000008
【図８】
0004749831.tif 000009
【図９】
0004749831.tif 000010
【図１０】
0004749831.tif 000011
【図１１】
0004749831.tif 000012
【図１２】
0004749831.tif 000013
【図１３】
0004749831.tif 000014
【図１４】
0004749831.tif 000015
【図１５】
0004749831.tif 000016
【図１６】
0004749831.tif 000017
【図１７】
0004749831.tif 000018
【図１８】
0004749831.tif 000019
【図１９】
0004749831.tif 000020
【図２０】
0004749831.tif 000021
【図２１】
0004749831.tif 000022
【図２２】
0004749831.tif 000023
【図２３】
0004749831.tif 000024
【図２４】
0004749831.tif 000025
【図２５】
0004749831.tif 000026
【図２６】
0004749831.tif 000027
【図２７】
0004749831.tif 000028