(57)【要約】【課題】通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、これまでの先頭車両よりも微気圧波による衝撃音を低減する。【解決手段】緩衝工のないトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、先頭部分において極大値をとり、中間部分を経て一般部分に至るにつれて小さくなるように、車体前後方向に沿って車体の横断面積が変化している。先頭部分Ｚ１は、前側断面積増加領域Ｚ１１において横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、一般部分Ｚ２の横断面積に対する面積比がそれぞれ０〜０．３０の範囲となる。先頭部分の中間横断面積増加領域Ｚ１２及び後側断面積増加領域Ｚ１３から一般部分Ｚ２にかけて、前側断面積増加領域Ｚ１１での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
前側横断面積増加領域、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を有する先頭部分より横断面積が最大でほぼ一様となる一般部分に至るまで、車体の横断面積が車体前後方向に沿って増加する鉄道先頭車両の車体構造であって、
緩衝工のないトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、先頭部分の前側横断面積増加領域において極大値をとり、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を経て一般部分に至るにつれて小さくなるように、前記車体前後方向に沿って車体の横断面積が変化していることを特徴とする鉄道先頭車両の車体構造。
【請求項２】
緩衝工のないトンネルに突入することによって発生する圧縮波の圧力勾配変化率の絶対値は、前記極大値になるまでの方が、前記極大値になった以降よりも大きくなるように、前記車体前後方向に沿って横断面積増加率が変化している請求項１記載の鉄道先頭車両の車体構造。
【請求項３】
先頭部分の前側横断面積増加領域は、横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、かつ一般部分の横断面積に対する面積比がそれぞれ０〜０．３０の範囲となるように構成され、
前側横断面積増加領域に続く中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域から一般部分にかけて、前側横断面積増加領域での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している請求項１又は２記載の鉄道先頭車両の車体構造。
【請求項４】
先頭部分の前側横断面積増加領域は、横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、車体前後方向において先端からほぼ０．８ｍの範囲となるように構成され、
前側横断面積増加領域に続く中間横断面積増加領域から後側横断面積増加領域にかけて、前側横断面積増加領域での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加し、後側横断面積増加領域を経て一般部分に至っている請求項１又は２記載の鉄道先頭車両の車体構造。
【請求項５】
中間横断面積増加領域の横断面積増加率が１．０ｍ２／ｍ程度で、
後側横断面積増加領域は、車体前後方向長さ１．５ｍ程度の範囲で、横断面積増加率が１．０ｍ２／ｍ程度から０ｍ２／ｍに緩やかに収束して一般部分に至っている請求項３又は４記載の鉄道先頭車両の車体構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速走行する新幹線等の鉄道先頭車両の車体構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、新幹線などの高速の鉄道車両がトンネルに突入する場合には、その先頭車両によって、トンネル内の限られた空間に存在する空気を押し込むように前記空気が圧縮される。この圧縮された空気が圧縮波となってトンネル内をほぼ音速に等しい速度で前方へ伝播される。そして、この圧縮波はトンネルの出口に到達したときには出口で反射されるが、それの一部はパルス状の圧力波となってトンネル出口から外部へ放射される。このパルス状の圧力波を、微気圧波（トンネル微気圧波）という。この微気圧波（パルス状の圧力波）が外部へ放射されることにより、トンネルの出口付近では爆発音とともに微振動等が生じ、周辺の環境に影響を及ぼす場合がある。
【０００３】
そのため、高速性能が要求される鉄道車両では、先頭車両の車体先頭部の形状に、いわゆる高速走行時の走行抵抗を減少させるだけでなく、前述したところのトンネルに突入した際に生じる微気圧波を低減させることができる形状とすることが必要とされる。
【０００４】
そこで、出願人は、鉄道車両がトンネル内に突入する場合に、トンネルと車両によって発生する微気圧波を分散させて低減するための鉄道先頭車両の車体形状を先に提案している（例えば、特許文献１参照）。具体的には、車体の先端部分をやや後方に傾斜させて上方に立ち上げることにより第１段目の横断面積増加領域を形成した後、横断面積をほぼ一定に保ってほぼ水平に後方に延設した後、再びやや後方に傾斜させて上方に立ち上げることにより第２段目の横断面積増加領域を形成し、前記第１段目の横断面積／前記第２段目の横断面積の面積比が０．６以上で、前記第１段目と第２段目の横断面積増加領域の間隔を１５ｍ以上にしたものである。
【０００５】
しかしながら、このような構成にすると、微気圧波の低減に効果があるとしても、そのために前記第１段目と第２段目の横断面積増加領域の間隔を１５ｍ以上にする必要があり、車両の先頭部分の長さが長くなる。
【０００６】
そのため、車両の長さをあまり長くすることなく、すなわち前記第１段目と第２段目の横断面積増加領域の間隔をあまり広くすることなく、微気圧波の低減効果を得たいという要求がある。
【０００７】
そして、発明者らは、高速走行することを検討する際に、前記第１段目と第２段目の横断面積増加領域の間隔をあまり広くすることなく、微気圧波の低減効果を得るべく研究開発を進めたところ、発明者らは、このような車体形状を考える場合に、組み合せが多すぎて解き方がまったく分からない問題でも比較的スムーズに最適解を求めることができる遺伝的アルゴリズム（ＧＡ：Ｇｅｎｅｔｉｃ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）が、最適化設計手法として最も適していることを知見した。
【０００８】
そこで、発明者らは、理想的な鉄道車両の先頭車体について、最適な車体形状を得るために、従来までの形状設計に関する試行錯誤的な手法から、数値流体解析（ＣＦＤ解析）と最適化設計手法（遺伝的アルゴリズム）を組み合わせて、数値的に微気圧波が低減する最適先頭形状（最適横断面積分布）を研究したところ、車両の長さをあまり長くすることなく、高速車両がトンネルに突入する際に生ずる微気圧波を低減することができる鉄道先頭車両用車体を開発し、別途出願している（特願２００２−２２６０８９号、特願２００２−２２６０９０号参照）。
【０００９】
また、そのような微気圧波を低減させる高速鉄道車両の先頭部形状として、高速鉄道車両における先頭から最大横断面積となる一般部までの先頭部形状において、先頭部形状を車両先頭部のトンネル突入によって発生する圧縮波の圧力勾配分布と対比した場合に、当該圧力勾配分布にピークをつくる横断面積増加率の大きい部分を、当該車両先頭部の前端部と一般部直前の後部とに前端部の横断面積増加率の極大値が後部の横断面積増加率の極大値より大きくなるように形成し、その前端部から後部にかけて横断面積が徐々に僅かずつ大きくなるように横断面積増加率を小さくした中間部を形成したものであって、当該前端部および後部のそれぞれに対応して現れた圧力勾配の２つの極大値がほぼ等しく、その極大値に対する中間部に対応して現れた中間区間における圧力勾配の極小値の比の値が、２つの極大値が重なってしまうようなことなく中間区間の値をより一定化させる所定範囲内にあるものが提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【００１０】
その一方、微気圧波を低減させるために、このような鉄道車両側の微気圧波対策（高速鉄道車両の先頭部形状に改良を加える）に対し、従来よりトンネル側の微気圧波対策として、トンネル入口に、断面がトンネル断面より大きく、長さがトンネル直径の１〜３倍程度の覆体（いわゆる緩衝工）の横断面積と覆体の長さとから決められた最適面積を有する開口部を１個ないし複数個設けることによって、列車がトンネルに突入するときに生じる圧縮波面の勾配をなめらかにすることが知られている（例えば、特許文献４参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平１１−３２１６４０号公報（第２頁〜第４頁、図１〜図４）
【００１２】
【特許文献２】
特開２００２−３０８０９２号公報（第３頁〜第５頁、図５、図８、及び図１０）
【００１３】
【特許文献３】
特開２００３−０６３３８６号公報（第３頁〜第６頁、図４、図５、及び図１３）
【００１４】
【特許文献４】
特公昭５５−３１２７４号公報（第１頁〜第２頁、及び第１図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような特許文献１や特許文献２，３に記載の車体形状とすれば、高速鉄道車両のトンネル突入時に微気圧波対策については、車体形状のみで考えると、これまでの先頭車両（７００系車両）よりも向上している。
【００１６】
しかしながら、特許文献４に記載のように、トンネル側に微気圧波対策のために緩衝工が設けられている場合には、これまでの先頭車両よりも向上しているとはいえない。
【００１７】
実際に高速鉄道車両が走行するトンネルの出入り口には緩衝工が設けられていたり緩衝工が設けられていなかったりし、いずれの場合でも微気圧波低減性能が求められる。
【００１８】
発明者らは、それらの両立を図るべく、
（ｉ）車体の横断面積変化が微気圧波低減性能に影響を与える、
（ｉｉ）トンネルに突入する際に発生する圧縮波の圧力勾配が前記微気圧波低減性能を測る尺度（指標）になる、
という知見に基づき、さらに研究を進めたところ、図２０に示すように、１５世代当たりからあまり進化（変化）せず、緩衝工がないトンネルでの微気圧波低減性能と、緩衝工があるトンネルでの微気圧波低減性能とは、車両形状のみの工夫では限界があり、両立しないことを確認した。なお、図２０に示す解析結果は、微気圧波の影響が最も大きい緩衝工がない場合と１０ｍ緩衝工がある場合についてのデータである。
【００１９】
そこで、発明者らは、研究の結果得られたデータについて検討を重ね、緩衝工がないトンネルでの微気圧波低減性能と、緩衝工があるトンネルでの微気圧波低減性能との両立を図る上で最も有利な車体形状を見い出し、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、これまでの先頭車両よりも微気圧波による衝撃音を低減することができる高速先頭車両の車体形状を開発し、本発明をするに至ったものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、前側横断面積増加領域、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を有する先頭部分より横断面積が最大でほぼ一様となる一般部分に至るまで、車体の横断面積が車体前後方向に沿って増加する鉄道先頭車両の車体構造であって、緩衝工のないトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、先頭部分の前側横断面積増加領域において極大値をとり、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を経て一般部分に至るにつれて小さくなるように、前記車体前後方向に沿って車体の横断面積が変化していることを特徴とする。すなわち、特許文献３記載の技術の、後側のピークをなくすようにすることで、緩衝工がない場合の微気圧波低減効果は若干低下するが、緩衝工がある場合の微気圧波低減効果を高め、結果として、緩衝工がない場合と緩衝工がある場合の両立を図ることを実現したものである。
【００２１】
このようにすれば、緩衝工のないトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、先頭部分の前側横断面積増加領域において極大値をとり、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を経て一般部分に至るにつれて小さくなるように変化するように、車体前後方向に沿って車体の横断面積増加率が変化しているので、緩衝工のあるトンネルに突入する場合は、緩衝工のないトンネルの場合に比べて先頭部分の前側横断面積増加領域における極大値が小さく、緩やかな圧力勾配変化率でもって変化するようになり、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても、緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果が確保される（図９及び図１０参照）。
【００２２】
その場合には、請求項２に記載のように、緩衝工のないトンネルに突入することによって発生する圧縮波の圧力勾配変化率の絶対値は、前記極大値になるまでの方が、前記極大値になった以降よりも大きくなるように、前記車体前後方向に沿って横断面積増加率が変化している構成とされる。これにより、緩衝工のあるトンネルに突入する場合は、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配変化率の絶対値が、前記極大値になるまでの変化率と、前記極大値になった以降の変化率とがほぼ同程度であるようになる。
【００２３】
請求項３に記載のように、先頭部分の前側横断面積増加領域は、横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、かつ一般部分の横断面積に対する面積比がそれぞれ０〜０．３０の範囲となるように構成され、前側横断面積増加領域に続く中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域から一般部分にかけて、前側横断面積増加領域での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している構成とすることができる。ここで、「横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し」とは、後述するように従来の高速先頭車両（いわゆる７００系）よりも横断面積増加率が大きくなることを意味する。また、「中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域から一般部分にかけて、前側横断面積増加領域での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している」とは、ほぼ直線的（正比例的）に増加していることを意味するが、一般部分直前で、運転室を設ける関係から若干増加率が変化する場合も含まれる。
【００２４】
このようにすれば、先頭部分の先端に、一般部分の横断面積に対する面積比がそれぞれ０〜０．３０の範囲で横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化する前側横断面積増加領域を設けることで、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果が確保される。
【００２５】
また、前側横断面積増加領域に続く中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域から一般部分にかけて、横断面積が徐々に増加している構成とすることで、運転席近傍（運転室）の断面積、すなわち運転室の容積が余裕を持って確保される。よって、運転室での機器配置の自由度が高められ、無理のない機器配置が実現される。
【００２６】
さらに、先頭部分での横断面積の増加が急激となり、微気圧波低減効果を損なうことなく、車体内空間を大きくする上で有利となる。
【００２７】
また、請求項４に記載のように、先頭部分の前側横断面積増加領域は、横断面積増加率が５．０ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、車体前後方向において先端からほぼ０．８ｍの範囲となるように構成され、前側横断面積増加領域に続く中間横断面積増加領域から後側横断面積増加領域にかけて、前側横断面積増加領域での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加し、後側横断面積増加領域を経て一般部分に至っている構成としてもよい。
【００２８】
このようにすれば、請求項３の発明の場合と同様に、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果が確保され、運転席近傍（運転室）の断面積、すなわち運転室の容積が余裕を持って確保される。
【００２９】
これらの場合に、請求項５に記載のように、中間横断面積増加領域の横断面積増加率が１．０ｍ２／ｍ程度で、後側横断面積増加領域は、車体前後方向長さ１．５ｍ程度の範囲で、横断面積増加率が１．０ｍ２／ｍ程度から０ｍ２／ｍに緩やかに収束して一般部分に至っている構成とすることもできる。
【００３０】
このようにすれば、一般部分の直前の部分（運転室に対応する部分）の横断面積を大きくなり、単に横断面積を徐々に増加させる場合に比べて、運転室内におけるレイアウトの自由度がより一層高まる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３２】
図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明に係る実施の形態の一例である鉄道先頭車両の基本形状を示す側面図及び平面図、図２〜図７はそれぞれ図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線、Ｄ−Ｄ線、Ｅ−Ｅ線及びＦ−Ｆ線における断面図である。
【００３３】
図１（ａ）（ｂ）に示すように、鉄道先頭車両１の車体２は、前側横断面積増加領域Ｚ１１、中間横断面積増加領域Ｚ１２及び後側横断面積増加領域Ｚ１３を有する先頭部分Ｚ１より横断面積が最大でほぼ一様となる一般部分Ｚ２に至るまでに、横断面積が車体前後方向に沿って変化するように構成されている。
【００３４】
すなわち、先頭部分Ｚ１の先端に、横断面積増加率が大きい前側横断面積増加領域Ｚ１１を備え、その前側横断面積増加領域Ｚ１１に連続して、横断面積が単調増加する中間横断面積増加領域Ｚ１２が設けられている。この中間横断面積増加領域Ｚ１２は、前側横断面積増加領域Ｚ１１での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加している。
【００３５】
そして、一般部分Ｚ２の直前の部分で、単調増加する中間横断面積増加領域Ｚ１２より続く後側横断面積増加領域Ｚ１３が運転室に対応する構成となっている。つまり、この後側横断面積増加領域Ｚ１３に対応する部分には運転室風防１１が配設され、この運転室風防１１が、運転室の上側に位置し、運転席１２の上側を覆っている。運転席１２は、車両中心より若干左側寄りに配設されている。
【００３６】
後側横断面積増加領域Ｚ１３の後側部分及び一般部分Ｚ２の前側部分に、車両左右方向に延びる前側及び後側の横通路２２，２３がそれぞれ形成されている。前記両横通路２２，２３が、車両左右方向に一側において車両前後方向に延びる縦通路２４でもって接続されている。前側及び後側の横通路２２，２３の左右両側に乗降用扉２５，２６が開閉可能に配設されている。
【００３７】
そして、車体２の先頭部分の断面形状は、図２〜図７に示すように形成されている。
【００３８】
すなわち、図２は先頭から５．０ｍの断面（横断面積６．４０ｍ２）であって、運転席１２の前方に位置し、左右に力行指令器３１及びブレーキ設定器３２が配設されている。図３は先頭から６．０ｍの断面（横断面積７．３６ｍ２）であって、運転席が設けられている。図４は先頭から７．９ｍの断面（横断面積９．１８ｍ２）、図５は先頭から８．２ｍの断面（横断面積９．５７ｍ２）、図６は先頭から８．６７ｍの断面（横断面積１０．０９ｍ２）、図７は先頭から１０ｍの断面（横断面積１０．３６ｍ２）であって、一般部分Ｚ２とほぼ同じ横断面積となる。これらの図２〜図７に示すように、先頭から５ｍ付近から車体２の中央部に形成される突部２ａ及びその両側の部分が上方及び左右側方に向かって徐々に大きくなり、最終的に先頭からおよそ１０ｍで一般部分Ｚ２の高さ及び幅に等しくなってほぼ同じ横断面積となるように横断面積が連続的に変化している。
【００３９】
よって、このようなレイアウトにより、微気圧波を低減することができる形状において、横断面積の変化にもかかわらず、運転席１２の前方付近からは各種機器のレイアウトを無理なく実現するための内部スペースが確保される。また、運転席１２の後方には、運転士の乗降もスムーズに行える内部スペースが確保される。すなわち、運転席１２の後側に、左右両側に乗降用扉２５が設けられた前側の横通路２２を設け、それのさらに後側に各種機器を配置するようにすれば、運転士が乗降する際に、各種機器が配置されている部分を通過することなく、円滑に乗降することができる。
【００４０】
従来の先頭車両の車体の先頭部分は、平面視ではほぼ弾丸形状である（図１（ａ）（ｂ）破線参照）が、本例の車体２の先頭部分Ｚ１は、平面視では車体幅が車体前後方向において先頭から一般部分Ｚ２に向かって直線的に徐々に大きくなる形状とされている（図１（ａ）（ｂ）実線参照）。
【００４１】
このように、車体１の先端部分Ｚ１は、前側横断面積増加領域Ｚ１１から一般部分Ｚ２にかけて、前側横断面積増加領域Ｚ１１での横断面積増加率よりも小さい横断面積増加率でもって横断面積が徐々に増加する中間横断面積増加領域Ｚ１２とされ、一般部分Ｚ２の前方の運転室に対応する部分で、中間横断面積増加領域Ｚ１２の横断面積増加率が少し小さくなっている。
【００４２】
このような断面積分布を満たすために、車体２は、車体の高さ方向及び車体幅方向において車体高さや車体幅が変化し、車体２の横断面積が車体前後方向に沿って変化している。
【００４３】
前側の横断面積増加領域Ｚ１１の断面積増加率は５．００ｍ２／ｍ程度から２．５ｍ２／ｍ程度までの範囲で徐々に減少する方向に変化し、一般部分Ｚ２の横断面積に対する面積比が０〜０．３０の範囲とされている。これは、車体前後方向において先端からほぼ０．８ｍの範囲でもある。
【００４４】
中間横断面積増加領域Ｚ１２の断面積増加率は、１．０ｍ２／ｍ程度であり、一般部分Ｚ２の横断面積に対する面積比がそれぞれ０．３０〜０．９３の範囲とされている。後側横断面積増加領域Ｚ１３の断面積増加率は、１．０ｍ２／ｍ程度から０ｍ２／ｍに緩やかに収束し、一般部分Ｚ２の横断面積に対する面積比がそれぞれ０．９３〜１．０の範囲とされている。この後側断面積増加領域Ｚ１３は、一般部分Ｚ２の直前で１．５ｍ程度の範囲である。
【００４５】
このような断面積分布を満たすために、前記車体２は、前述したように、前側の横断面積増加領域Ｚ１１から中間横断面積増加領域Ｚ１２の中間部分付近まで、車体幅方向中央部にほぼ運転室の幅に相当する幅を有し徐々に高さが高くなることで横断面積が増加する突部１ａが形成され、前記突部１ａが、中間横断面積増加領域Ｚ１２の中間部分付近から、後側の横断面積増加領域Ｚ１３において上方向及び左右方向に膨らむことで横断面積がさらに増加し、一般部分Ｚ２の高さ及び幅に等しくなるように形成されている。
【００４６】
このような車体形状は、前述したように、従来まで用いられていた形状設計に関する試行錯誤的な手法ではなく、ＣＦＤと最適化設計手法（遺伝的アルゴリズム）を組み合わせて、数値的に微気圧波が低減する最適先頭形状（最適横断面積分布）を求める設計技術を適用して求めたものである。
【００４７】
前記ＣＦＤおよび最適化手法を用いて得られた車体形状の最適横断面積分布を図８に示すが、これを具体化したものが前記図１〜図７に示す車体形状である。なお、図８には、併せて、図１に二点鎖線で示す従来の車体形状（７００系）についての断面積分布（図８の破線参照：従来例１）と、特許文献３に記載の公知の車体形状についての断面積分布（図８の二点鎖線参照：従来例）とを一緒に示す。
【００４８】
図８において、先頭長さがおよそ１０ｍである先頭部分Ｚ１は、横断面積が車体前後方向に沿って増加する方向に変化し、横断面積が最大でほぼ１０．５ｍ２程度で一定になる一般部分Ｚ２に至っている。
【００４９】
先頭部分Ｚ１から一般部分Ｚ２に至るまでの間に、図１（ａ）（ｂ）に示すように先頭側から後端側に向かって横断面積が増加する方向に変化する前側、中間及び後側横断面積増加領域Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ１３を備えるが、前側横断面積増加領域Ｚ１１の断面積増加率は、直線Ｌ２１（５．００ｍ２／ｍ程度），Ｌ２２（２．５ｍ２／ｍ程度）が対応しており、中間横断面積増加領域Ｚ１２の断面積増加率は、直線Ｌ２３（１．０ｍ２／ｍ程度）が対応している。ここで、横断面積増加率は、各増加領域Ｚ１１，Ｚ１２での横断面積の変化を直線的変化であるとみなして求めたものである。
【００５０】
そして、前側、中間および後側の横断面積増加領域Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ１３の間はそれらがなめらかに連続するように接続されている。
【００５１】
また、前述したように、前側、中間および後側の横断面積増加領域Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ１３は、一般部分Ｚ２の横断面積に対する面積比がそれぞれ０〜０．３，０．３〜０．９３，０．９３〜１．０の範囲で変化するように構成されるのは、図８に基づく。ここで、先頭部分Ｚ１の前側横断面積増加領域Ｚ１１の最初の部分においては横断面積増加率を５．００ｍ２／ｍと急激に増加させているが、従来の車体形状（いわゆる７００系）の場合における先頭部分の先頭の横断面積増加率は先頭部分の先端の横断面積増加率は２．４５ｍ２／ｍ程度（図８の直線Ｌ１１参照）であり、特許文献３記載の車体形状の場合における先頭部分の先頭の横断面積増加率は３．５ｍ２／ｍ程度（図８の直線Ｌ１２参照）であり、これらを大きく超える増加率となっている。
【００５２】
また、前述したように、３つの横断面積増加領域Ｚ１１，Ｚ１２，Ｚ１３を有する車体形状（実施例１）で、微気圧波による影響を二次元軸対称シミュレーション解析をしてみた結果を、図９〜図１４に示す。ここで、いずれも時速３００ｋｍでトンネルに突入する場合の解析を行ったものであるが、図９は緩衝工がない場合であり、図１０〜図１４はそれぞれ１０ｍの緩衝工がある場合、１６ｍの緩衝工（タイプ１）がある場合、１６ｍの緩衝工（タイプ２）がある場合、２５ｍの緩衝工がある場合及び３５ｍの緩衝工がある場合である。これら緩衝工の具体的な寸法は、図１５〜図１９に示す通りである。
【００５３】
緩衝工がない場合には、図９に示すように、従来例１（７００系）よりも実施例１や従来例２の方が微気圧波の影響の目安となる圧力勾配指数が低いことがわかる。一方、１０ｍ緩衝工がある場合にも、図１０に示す通り、実施例１は、前記圧力勾配指数が大幅に低下し、従来例１，２よりも小さくなることがわかる。
【００５４】
このように、実施例１において、圧力勾配指数が小さくなるのは、前述したように、前側の横断面積増加領域Ｚ１１の最初の部分での断面積増加率を極端に大きくしていることが、１０ｍ緩衝工の有無にかかわらず、優れた微気圧波低減効果が発揮されているものと推測される。また、実施例１では、中間横断面積増加領域の後側部分及び後側横断面積増加領域から一般部分への横断面積の増加が、従来例２よりもスムーズに変化するようになっているので、これが、緩衝工がある場合に、微気圧波低減効果に大きく寄与していると推測される。
【００５５】
また、１６ｍ，２５ｍ，３５ｍの緩衝工がある場合にも、図１１〜図１４に示す通り、実施例１は、前記圧力勾配指数が従来例１，２よりも小さく、圧力波低減効果があることがわかる。
【００５６】
よって、実施例１は、緩衝工の有無にかかわらず、従来例１，２よりも圧力勾配数が小さく、従来例１，２よりも微気圧波の低減効果に優れる。
【００５７】
この断面積増加率を変動させて、前述した場合と同様に二次元軸対称シミュレーション解析をしてみたところ、横断面積増加率が大きく寄与していることが確認された。
【００５８】
前述した実施の形態における各種機器の配置は、一例を示したものにすぎず、前記縦通路の両側及び両横通路の間に形成される空間部を、その部分（通路）の高さに応じて、各種機器を自由に配置することができるのはいうまでもない。
【００５９】
【発明の効果】
この発明は、以上に説明したように、緩衝工のないトンネルに突入する場合には、その突入によって発生する圧縮波の圧力勾配が、先頭部分の前側横断面積増加領域において極大値をとり、中間横断面積増加領域及び後側横断面積増加領域を経て一般部分に至るにつれて小さくなるように、車体前後方向に沿って車体の横断面積を変化させているので、通常のトンネルだけの場合（緩衝工がない場合）であっても緩衝工を備えるトンネルの場合であっても、微気圧波の低減効果を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明に係る実施の形態の一例である鉄道先頭車両の基本形状を示す概略側面図、（ｂ）は同概略平面図である。
【図２】図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１（ａ）におけるＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図１（ａ）におけるＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図１（ａ）におけるＥ−Ｅ線断面図である。
【図７】図１（ａ）におけるＦ−Ｆ線断面図である。
【図８】先頭長さと横断面積との関係を示す図である。
【図９】緩衝工なしトンネルについての（微気圧波の指針となる）圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１０】１０ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１１】１６ｍ緩衝工（タイプ１）ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１２】１６ｍ緩衝工（タイプ２）ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１３】２５ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１４】３５ｍ緩衝工ありトンネルについての圧力勾配指数の解析結果を示す説明図である。
【図１５】１０ｍ緩衝工の寸法の説明図である。
【図１６】１６ｍ緩衝工（タイプ１）の寸法の説明図である。
【図１７】１６ｍ緩衝工（タイプ２）の寸法の説明図である。
【図１８】２５ｍ緩衝工の寸法の説明図である。
【図１９】３５ｍ緩衝工の寸法の説明図である。
【図２０】緩衝工なしでの微気圧波性能と１０ｍ緩衝工での微気圧波性能との相関関係を示す図である、
【符号の説明】
Ｚ１    先頭部分
Ｚ１１    前側の横断面積増加領域
Ｚ１２    中間の横断面積増加領域
Ｚ１３    後側の横断面積増加領域
Ｚ２    一般部分
１    鉄道先頭車両
１ａ    突部
２    車体
２１    運転室風防
２２，２３，    横通路
２４    縦通路
２５，２６    乗降用扉
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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