新幹線車両は最後尾車両の形状が重要。流体力学のお勉強。(その8)

秋田新幹線「こまち」の新型車両E6系が初公開された。例によって長い先端部が特徴になっている。最高時速は 320 km/h という。

空気力学的にいうと,鉄道車両の抵抗は,圧力抵抗と摩擦抵抗に分けられる。圧力抵抗は先頭車両の頭部形状と最後部車両の尾部形状に影響される。

また,速度領域は,
320x1000/60/60 = 89 m/sec
であり,音速 340 m/sec と比べて,マッハ数
M =0.26
となる。すなわち亜音速領域である。(すなわち,空気の圧縮性の効果は無視できる。)

亜音速領域にある物体の圧力抵抗は,いわゆる流線型形状のとき小さくなる。むかしのひかり0型が典型的な流線型形状で,多分,ひかり0型の方が,E6型より先頭部の圧力抵抗は低いと考えられる。

重要なことは,最後尾形状である。最後尾の圧力抵抗は先頭部の圧力抵抗と同程度である。航空機の最後尾の形状を思い出せばわかるとおり,胴体を少しずつ引き絞っていくことが圧力抵抗低減に必要である。言い換えれば,後流(wake)を最小にするような形状にすることだ。大型機(旅客機や輸送機)の胴体後端形状をしっかり見てみよう。

http://44579446.at.webry.info/201007/article_48.html

列車は,通常,先頭車両と最後尾車両の形状が同一(対称?)だから,本当のことを言えば,抵抗が小さい列車形状を設計するには,先頭部の空気力学的検討よりも,最後部の空気力学的検討を標定としたほうが,学問的には適切である。

摩擦抵抗はどうか。
トンネル突入時の影響はどうか。
別項で述べる。
画像

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