新幹線の流線型

質問

新幹線の先頭及び最後尾車両は、空気抵抗低減のために流線形になっています

先頭も最後尾も始発・終着駅で進行方向が逆になるので、どちらも先頭にもなり最後尾にもなるためか、同一のデザインになっています

先頭で空気の壁を突き破る場合と、最後尾で空気の流れを整える場合とで、それぞれ最適な形は異なると思いいますが、新幹線はどちらの性能を重視して設計されているのでしょうか?

また、仮に、先頭を現状のまま、最後尾は都市部の在来線のようなほとんど平坦な形と、
その逆に、先頭は平坦、最後尾は現状のままとでは、どちらが空気抵抗が少ないでしょうか?

時速270kmくらいの営業速度での場合です

よろしくお願いします

回答No.4

GIANTOFGANYMEDE

新幹線は産官学の研究成果です。
私は幾つかの試験用風洞を設計した技術者です。
リニア用の試験装置なども設計しています。

まず、先頭と最後尾どちらを重視しているかという設問の答えは"両方"です。
目的はみなさん言うように先頭はトンネル突入時の騒音抑制、最後尾は剥離による振動の抑制です。
（総研の方に聞いた話なので、実際の開発シーンでどのような試行錯誤が行われたかまではよくわかりません）

空気抵抗の件は難しいですね。
航空機の例で言えば円柱状のものを軸方向に流れの中に置いた場合、後尾を緩やかに絞った方が抵抗は少なくなります。
しかし列車のように長大なものになると、かなり条件が違うだろうというところまで想像できますが、どちらが有利かは実験してみないとわかりませんね。
ただし、実際の編成となると模型実験もかなり難しいでしょうね。
会社のCFDを使って計算してみれば定性的なところは見えるかもしれませんが、条件付けが不明なのでそれが正しい方向かどうかは判らないでしょう。
やはり模型実験と合わせる必要があるでしょうね。

お礼

ありがとうございました

回答No.3

ultraCS

最初の新幹線0系は、航空機をモデルに風洞実験を経てデザインされています。
現在の新幹線の場合、空気抵抗と言うより、騒音対策が主目的で、トンネル微気圧波の発生を抑えることが主な目的になったデザインになっています。
ですから、先頭が切妻になったら、盛大にトンネル微気圧波が発生して騒音問題が激化し、高速走行できなくなるでしょう。

で、鉄道車両であれば、その空気抵抗のほとんどは側面抵抗(窓やドアの凹みによる渦の発生)と床下、屋根の機器による渦、連結面の非連続からくる空気の巻き込みで発生しています。先頭形状を少々変えても全体の抵抗を大きく減ずることは出来ません。尾端形状も同様です。尾端に関しては、流線型にしても切り妻にしても、空気抵抗に関しては大きな違いは発生しません。
それよりも、前後端の形状を変えると、終点ではデルタ線での方向転換が必要に成るし、列車の向きが変わると制御装置(ATS等)の再設定が必要です。これでは運用か複雑になりますから、それよりは前後に進めるような形状を採用した方が経済的なのです。

回答No.2

Kon1701

先頭と最後尾の最適形状は異なるかもしれませんが、車両は両方を考慮して設計しているそうです。どちらを重視かといえば先頭なのかもしてませんけど。

ただ、最後尾は平坦が最適とは思えないです。相当な渦が出来るでしょうね。飛行機の最後尾の胴体形状が最適なのかもしれません。（単なる想像です）　この時点で逆に走ることは考えるまでもない、となるでしょう。

お礼

先頭重視という科学的根拠またはソースがあるのでしょうか?

ご回答ありがとうございました

回答No.1

ikuchan250

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%96%B0%E5%B9%B9%E7%B7%9A%E8%BB%8A%E4%B8%A1
の「車体」の部分から見ると
先頭で空気を突き破る、とか、トンネル突入時の衝撃波減水の為
のような気がします。

その考えから行くと、先頭平坦、という考えは成立しなくなります、多分。
在来線のように130Kmくらいが限界なのかな