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トンネル圧力波の模型実験方法

国内特許コード P07A011866
整理番号 /NO30626
掲載日 2007年11月30日
出願番号 特願2000-271054
公開番号 特開2002-082013
登録番号 特許第3739642号
出願日 平成12年9月7日(2000.9.7)
公開日 平成14年3月22日(2002.3.22)
登録日 平成17年11月11日(2005.11.11)
発明者
  • 田中 靖幸
  • 飯田 雅宣
  • 福田 傑
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
発明の名称 トンネル圧力波の模型実験方法
従来技術、競合技術の概要 列車がトンネル入口に突入すると、トンネル内には圧力波が形成され、この圧力波はトンネル内をほぼ音速で伝播する。そして、この圧力波が出口に到達すると、外部へパルス状の圧力波が放射され、低周波空気振動として観測される。このパルス状の圧力波は「トンネル微気圧波」と呼ばれ、トンネル内部の圧力波前面の圧力勾配にほぼ比例することが知られている。このトンネル微気圧波は列車速度の3乗に比例して大きくなり、坑口周辺で発破音が生じたり、家屋の建具をがたつかせるといった高速鉄道特有の環境問題になることがある。このような問題は、1975年の山陽新幹線岡山・博多間開業時より発生し、特に列車先頭部が突入する際に形成される圧縮波が、スラブ軌道の長いトンネル出口において大きなトンネル微気圧波を発生させていることがわかった。この現象解明及び低減対策法開発のため、現在までに多くの研究が行われてきた。図8はかかるトンネル微気圧波の発生現象の説明図である。この図に示すように、列車101がトンネル入口103に突入すると、圧縮波が形成され、その圧縮波はトンネル102内をほぼ音速で伝播し、この圧縮波がトンネル出口104へ到達すると、パルス状の圧力波を放射する。このパルス状の圧力波をトンネル微気圧波と呼ぶ。105はそのトンネル微気圧波の放射状態を示している。この研究開発の手段の一つとして、模型列車及び模型トンネルを用いて、列車のトンネル突入時の現象を模擬する模型実験が有効であり、現在も実施されている。模型実験において、トンネル微気圧波の現象で最も重要である、列車先頭部のトンネル入口突入の瞬間を捉えようとすれば、これに必要な模型トンネルはさほど長くする必要はなく、例えば60分の1程度の縮尺模型で、200~300km/h程度の速度で走行する列車を模擬する場合、模型列車の全長は約1m、模型トンネルの全長は約10m程度あれば十分である。ところで、列車とトンネルに関係する空気力学的現象としては、このトンネル微気圧波以外にも、トンネル突入時に入口から直接外部へパルス状の圧力波が放出される「トンネル突入波」や、退出時に出口から直接外部へパルス状の圧力波が放射される「トンネル退出波」、また器材坑や斜坑、トンネル中間駅といった、トンネル内部の断面変化部を列車が通過する際に圧力波が発生する現象など、多くの現象がある。これらはいずれも一般的にトンネル微気圧波よりも小さく、従来あまり問題となっていなかった。しかし、今後の列車の高速化や将来の浮上式鉄道の実用化により、トンネル微気圧波と同様の低周波空気振動問題を生じる可能性があり、その現象解明及び低減対策法の開発を行う必要がある。これら圧力波現象の研究開発のためには、トンネル微気圧波と同じように、前述の実験装置を用いた模型実験が有効な手段の一つと考えられる。図9はかかる従来の模型実験装置の一例の構成図である。この図において、201は模型列車、202は模型列車案内のためのピアノ線、203は発射装置、204は速度センサ、205は模型トンネル、206はその模型トンネル205に設けられた圧力計、207は制動装置である。図10はトンネル突入波・退出波の説明図である。この図に示すように、列車301がトンネル302に突入したとき、およびトンネル302から退出したとき、トンネル302内部だけではなくトンネル302の外側にも圧力波が形成され、周囲へ伝播していく。なお、303はトンネル入口、304はトンネル出口、305はそのトンネル突入波、306はそのトンネル退出波を示している。前述したように、トンネル突入波・退出波は一般にトンネル微気圧波よりも小さく、これまではあまり問題になっていなかった。しかしながら、今後の列車の高速化や将来の浮上式鉄道の実用化の際に問題となる恐れがあり、その現象解明および低減対策法の開発が必要となってきている。そのためのツールの一つとして、トンネル微気圧波に関しても行ってきた模型実験が考えられる。
産業上の利用分野 本発明は、高速鉄道におけるトンネル圧力波の模型実験方法に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 トンネル内部及びトンネル外部の圧力波に関する模型実験方法において、 全長の短い模型トンネルを使用して実験を行う場合に、模型列車の突入時にトンネル入口で形成される圧力波、及びその圧力波のトンネル出口での反射の影響を低減することにより、無限長又は半無限長のトンネルを容易に模擬することを特徴とするトンネル圧力波の模型実験方法。
【請求項2】 請求項1記載のトンネル圧力波の模型実験方法において、前記模型トンネルの入口側面にスリットを配置するとともに、前記模型トンネル内に圧力計及び又はトンネル出口近傍にマイクロホンを配置し、トンネル出口側で模型列車がトンネルから退出する際のトンネル内外の圧力波を測定することを特徴とするトンネル圧力波の模型実験方法。
【請求項3】 請求項1記載のトンネル圧力波の模型実験方法において、前記模型トンネル出口にオリフィスを配置するとともに、前記模型トンネル内に圧力計及び又はトンネル入口近傍にマイクロホンを配置し、トンネルの入口側で、模型列車がトンネルに突入する際のトンネル内外の圧力波を測定することを特徴とするトンネル圧力波の模型実験方法。
【請求項4】 請求項1記載のトンネル圧力波の模型実験方法において、前記模型トンネル入口に側面スリットを、前記模型トンネル出口にオリフィスを配置し、更に前記模型トンネル内に圧力計を配置し、トンネル中間部で、模型列車がトンネル内の断面変化部を通過する際の圧力波を測定することを特徴とするトンネル圧力波の模型実験方法。
産業区分
  • 測定
  • その他建築
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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