Device for reducing aerodynamic drag of cavity in air passage, and vehicle, in particular rail vehicle provided therewith

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両、特に鉄道車両の空気力学特性を変化させる装置、つまり車両前進時に車両の外部表面および扉にある空洞によって生じる抵抗を変化させる装置、特に空気流路に存在する空洞の空気力学的抵抗を減少させる装置とこの装置を使用する車両、特に鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】輸送車両、特に鉄道車両では牽引装置のサイズを小さくしてエネルギー消費量を制限するために車両前進時の抵抗を減少させる必要がある。

【０００３】従って、できるだけ空気力学的な形状が必要となる。 にもかかわらず列車の外部表面には様々な空洞が存在する。 例えば車両の連結部、パンタグラフの収納部、車体下の台車部の収納部は列車の前進の際に障害となりまた騒音の程度を増加させる。

【０００４】速度が高い場合には、車両の空気力学的抵抗によって、車両前進時の抵抗の大部分が生じる。

【０００５】この抵抗は１つには車両の外部の流れるような輪郭に何らかの変化が起きた場合、特に空洞が形成されている場合に生じる。 このような列車の場合、列車車両の連結部と台車部の空洞によって空気力学特性に変化が生じる。

【０００６】従来技術ではこの問題を解決するために、
空気力学的連続性を保証するように車両間にゴム製フラップを設けている。 この解決法には機器に近づきにくいという欠点がある。 さらに従来の装置は経年変化が著しくメンテナンスに要する時間が長い。 流線形にするために用いられる固定または可動のシステムが空洞を被覆している、台車部の収納部とパンタグラフの収納部についても同様である。 この流線化によって機器がおおわれ、
安全性が損なわれる。

【０００７】従ってこの種の空洞によって生じる問題を満足に解決する方法はない。

【０００８】フランス特許出願公開第８０５９６０号（ＦＲ−Ａ−８０５９６０）に車両の連結部または何らかの遮断によって生じる車両前進時の抵抗を減少させる装置が開示されている。

【０００９】従来技術による装置は、車両の遮断部分、
特に貨車の端部または連結可能な他の車両の端部に少なくとも１つの偏向面を設けている。

【００１０】一般に乱流ゾーンを生じさせる遮断部分に侵入しがちな相対的な空気の流れを一定にするように、
偏向面は、相対的な空気の流れがすべりこむ車両表面の延長部分に設けられている。

【００１１】フランス特許出願公開第８０５９６０号（ＦＲ−Ａ−８０５９６０）に開示された技術では、偏向面は相対的な空気の流れの面、つまり車両の壁の延長部分に設けられている。 偏向面は僅かに後退して配されているが原則として壁の外方に突出してはならない。

【００１２】上記特許に開示されているように、偏向面は気流を外側に偏向させるように設けられる。 また同特許では偏向面は偏向装置のような作用を果たしているが、空洞内の大気の流れに対しては何らの技術的効果を持たないことが分かる。

【００１３】ベルギー特許出願公開第４１７２７０号（ＢＥ−Ａ−４１７２７０）には移動体の流線化に関する装置について開示されている。 その移動体には偏向面が設けられている。 この偏向面は可動で振動軸の周囲に連結される部品で構成されている。 この部品は振動軸の周囲に連結されているため多様な方向に向けることができ、移動体が前進する際に抵抗を減少させる場合もあるが反対に増大させる場合もある。

【００１４】上記特許に開示されているように、偏向面は気流を横方向に偏向させるように設けられている。 またこの特許では偏向面は偏向装置のような作用を果たしているが、空洞内の大気の流れに対しては何らの技術的効果を与えないことが分かる。

【００１５】つまり、この種の空洞によって生じる問題は以下に述べる理由から十分に解決されているとはいえない。

【００１６】空洞の空気力学抵抗は空洞の幅ｌと深さＰ
との比率αによって強く影響を受けることが知られている。

【００１７】図１に示すように所定の空洞幅ｌにおいて抵抗の値は、比率αが１に近い時に最小となる。 比率α
が２に近づいた時、抵抗の値は突然倍となって、比率α
が１０に等しくなるまでほとんど一定となり、比率αが１０を超えると徐々に抵抗の値は減少する。

【００１８】例えば上記特許では、従来技術の空洞では比率が２乃至１０であり、従って抵抗の大きい場合に相当する。

【００１９】空洞をふさぐことは非現実的な解決法である。

【００２０】他の解決法は比率αを１に近づける方法である。 これもまた非現実的な解決法である。 というのもこの解決法は一般にクリアランスによって決まる幅ｌを減少させるかまたは空洞の体積を増加させるため、車両内を整備するのに不都合となるからである。

【００２１】他の解決法は本出願人によるフランス特許出願番号第９１１３５１０号（ＦＲ９１１３５１０）に開示されている。

【００２２】上記特許出願（ＦＲ９１１３５１０）には空洞が原因で生じる車両前進時の抵抗を減少させる手段が開示されている。 １つの空洞には空洞に対向せずに空洞に近接して設けられる異形材を少なくとも１つ有する。 この異形材は列車の外部表面から所定の距離を保持しており、この距離は前記車両前進時の抵抗を減少させるように決定される。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】この解決法には異形材が空洞から比較的遠い距離、また車両壁から比較的遠い高さに設けられるという欠点がある。 またこの解決法には車両の全体寸法と車両外部の規格の問題が付随する。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、空洞の大きさと車両の規格を考慮に入れて空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置を提供することである。

【００２５】換言すれば、本発明による空気力学抵抗を減少させる装置では空洞の大きさを変える必要も車両の規格を大幅に大型化させる必要もない。

【００２６】本発明によれば、空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置は、空洞の少なくとも１つの端部とこの端部に対応する車両の対応する壁との上にまたがり壁のすぐ近くに設けられるブレードを有することを特徴とする。

【００２７】本発明は、ブレードが車両の壁に平行に設けられているか、又は、符号ｌは空洞の幅を示し、符号ａは空洞を超えるブレード部分の長さを示し、符号ｃはブレードの幅を示し、符号ｄはブレードの厚さを示し、
符号ｅは車両壁とブレード間の距離を示し、符号Ｅは空洞より上流の流れの境界層の厚さを示すものとして、ブレードが、 ０≦ａ／ｃ≦１ ０．０５≦ｃ／ｌ≦０．５ ０≦ｄ／Ｅ≦０．１ ０．０３≦ｅ／Ｅ≦０．０７であるか、又は、ブレードが、ａ／ｃは０．３３に等しく、ｃ／ｌは０．２１に等しく、ｄ／Ｅは０．０２８に等しく、ｅ／Ｅは０．０４
３に等しいかのいずれかの条件を満足する空気力学抵抗を減少させる装置を提供する。

【００２８】また本発明は、空洞の空気力学抵抗を減少させる装置を少なくとも１つ有する車両、特に鉄道車両に関する。

【００２９】さらに本発明は、空洞の空気力学抵抗を減少させる２つの装置を１つは空洞に対して流れの上流に、もう１つは下流に空洞の両側に左右対称に設ける車両に関する。

【００３０】本発明のその他の目的、特性、利点は、以下の添付図を参照して空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置に関する説明を読めば明らかになろう。

【００３１】

【実施例】図１は、従来技術による空洞の幅ｌおよび比率αの値に応じて変化する空気抵抗Ｔの値を表す曲線Ｃ
１を示す。

【００３２】図２は本発明による空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置の上面図である。

【００３３】空洞ｌは、車両８の第１の壁２と車両９の第２の壁３とによってその範囲が規定され、空洞の第１
の端部４および第２の端部５を形成している。

【００３４】図２では符号ｌは空洞の幅を表し、符号Ｐ
は空洞の深さを表す。

【００３５】本発明によれば、流れ６における空洞１の空気力学抵抗を減少させる装置は空洞１の上流にブレード７を有し、このブレードは端部４、５の少なくとも１
つと対応する車両８、９の対応する壁２、３との上にまたがり、前記壁２、３に近接している。

【００３６】ブレード７は車両８、９の壁２、３に平行に設けることが好ましい。

【００３７】図２で符号ａ、ｃ、ｄ、ｅは以下のものを示す。

【００３８】符号ａは、空洞内に入り込むブレード部分の長さを示す。

【００３９】符号ｃは、ブレードの幅を示す。

【００４０】符号ｄは、ブレードの厚さを示す。

【００４１】符号ｅは、車両の壁とブレード間の距離を示す。

【００４２】符号Ｅは、空洞の上流の流れの境界層の厚さを示す。

【００４３】『境界層理論』（ＢＯＵＮＤＡＲＹ ＬＡ
ＹＥＲ ＴＨＥＯＲＹ、Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇ著、１
９６８年、ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬ刊、Ｎｅｗ Ｙｏｒ
ｋ）に、空気流路に存在する境界層が定義されている。

【００４４】本発明では、ブレードのサイズによって異なる多数の比率のなかから適する比率が選択される。

【００４５】以下に示す表１は、比率αが２以上または２に等しい値の時と比率αが２０以下または２０に等しい値の時の、ブレードのサイズの変化に応じて異なる比率の最適な値を表している。

【００４６】表１ 比率 値 ａ／ｃ ０．３３ ｃ／ｌ ０．２１ ｄ／Ｅ ０．０２８ ｅ／Ｅ ０．０４３ ブレードのサイズおよび位置は上述の最適な値とは多少異なっても、ブレードによる抵抗値への効果を大幅に損なうことはない。

【００４７】以下に示す表２は、ブレードのサイズによって異なる比率の値の範囲を表す。 この値の範囲ではブレードによる抵抗値への効果を大幅に損なうことはない。

【００４８】表２ 最小値 比率 最大値 ０ ａ／ｃ １ ０．０５ ｃ／ｌ ０．５ ０ ｄ／Ｅ ０．１ ０．０３ ｅ／Ｅ ０．０７ ブレードの適切な抵抗を考慮に入れてブレードのサイズに合わせて１つの比率を選ぶと、本発明による空気力学抵抗を減少させる装置によって抵抗を減少させる効果が３０〜４０％であるという予期しない結果が得られる。

【００４９】空洞の上流に設けられたブレードは空洞上の速度変動量を減少させることが知られている。 これは、ブレードがこのゾーンにおける流れの剪断応力を減少させることによって、空洞内の流体に流れによって伝達されるエネルギー量を減少させることを意味する。

【００５０】エネルギー量はαの値が１．５以下の時には比較的微量であるのに、空洞内に本発明による装置を備えていない場合、αの値が１．５〜２０、特に２〜１
０の時、特にこのエネルギー量は増加する。 従って本発明による装置はαが１．５〜２０である場合に効果的である。

【００５１】従って本発明による装置を備えた空洞内の空気力学抵抗は比率αが１に等しい場合の空洞の空気力学抵抗に近いものとなる。

【００５２】驚くべきことに、他の実験によれば、比率αが１に等しい時、ブレード自身の抵抗を考慮に入れたのではあるが、装置は空洞内の抵抗を変更させなかった。

【００５３】図３は、本発明による空気力学抵抗を減少させる装置を空洞に設けている場合に比率αの値に応じて変化する空気力学抵抗Ｔの値を表す曲線Ｃ２を表す。
図１の曲線Ｃ１は、本発明による空気力学抵抗を減少させる装置を空洞に設けていない場合に比率αの値に応じて変化する空気力学抵抗Ｔの値であり、図３にも示してある。

【００５４】ブレードは従来のように支柱（図示せず）
によって車両の外部表面に固定される。 支柱はリベット締めまたは溶接によって車両に固定される。

【００５５】ブレードと支柱とは車両の車体と同じ材料で製造することができる。

【００５６】両方向に進行可能な列車において空洞による問題に対処するためには、本発明による空気力学抵抗を減少させる２つの装置は空洞に対して流れの上流と下流との空洞の両側に左右対称に設けられる。

【００５７】また本発明は、空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置を備えた車両、特に鉄道車両に関するものである。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、空洞の端部の少なくとも１つと対応する車両の対応する壁とにまたがって壁に近接してブレードを設けて、空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】空洞の幅ｌおよび比率αの値に応じて変化する空気力学抵抗Ｔの値を表す曲線を示す図である。

【図２】本発明と同形の空気流路に存在する空洞の空気力学抵抗を減少させる装置の水平断面図である。

【図３】本発明による空気力学抵抗を減少させる装置を空洞に設けていない時と設けている時とにおいて比率α
の値に応じて変化する空気力学抵抗Ｔの値を表す２つの曲線を示す図である。

【符号の説明】

１ 空洞 ２ 第１の壁 ３ 第２の壁 ４ 空洞の第１の端部 ５ 空洞の第２の端部 ６ 流れ ７ ブレード ８ 車両 ９ 車両 ａ 空洞に入り込むブレード部分の長さ ｃ ブレードの長さ ｄ ブレードの厚さ ｅ 車両の壁とブレードとの間の距離 ｌ 空洞の幅 Ｐ 空洞の深さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヤン−リユツク・テシエ フランス国、13003・マルセイユ、リユ・ オノラ、１、イー・エム・エフ・エム気付 (72)発明者 ジヤン−ポール・アルデイソン フランス国、13003・マルセイユ、リユ・ オノラ、１、イー・エム・エフ・エム気付 (72)発明者 ジヤン−ピエール・ギユベルジア フランス国、13003・マルセイユ、リユ・ オノラ、１、イー・エム・エフ・エム気付