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技術革新ファイル
安全、高速、大量の旅客輸送を支える技術/700系のぞみ
4 流線型の車体、空力デザイン
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Innovation Story
 最初の0系に始まり、車両の更新や新線の開業とともに流線型化が進み、様々なデザインの新幹線が登場する。空力抵抗の削減はトンネル侵入時の耳ツン対策にも重要。700系ではカモノハシのくちばしをモデルにデザインが検討された。
航空機と新幹線デザイン
 空気抵抗は時速200kmを超えるあたりから問題になってくるため、新幹線から先頭の形状が問題になってきた。そのため0系の設計では空気力学をもとにした実験が繰り返された。新幹線の特徴である流線型の先頭部は航空機のフォルムからの影響だといわれている。また東海道新幹線の青と白のカラーリングは当時のパンナム機や全日空などの航空機の多くが青と白の配色だったことも影響を与えた。
連結器が入っている頭頂部
 0系の試作設計時には頭部の丸いカバーの中に蛍光灯を組み込んだものもつくられたが、非常時の連結器を収める必要性から実現していない。0系以降のどの新幹線の先端にも非常時用の連結器が収められている。
モノコックボディ(国鉄 三木忠直)
 0系の開発にあたっては、戦時中の航空技術者の多くが携わったこともあり、高速鉄道車両の構造の軽量化と流線型の先頭形状の設計に航空機設計の理論や技術が応用された。そこで、航空機の機体で使われる技術であるモノコックを鉄道に応用することが考えられた。その先鞭となるのは小田急の3000系であり、鉄道で初のモノコックボディの採用と、風洞実験によって空気抵抗の少ない先頭形状を決めるという設計を行った。
カモノハシのくちばしの先頭デザイン(A&F 福田哲夫)
 新幹線の先頭デザインは、砲弾型の0系に始まり、100系以降はくさび形を発展させてきたが、700系では一見これまでの流れとは違うデザインになっている。カモノハシのくちばしに似ているというのは自然界の生物にインスピレーションを受けたデザインだからであるが、機能的には2つのくさびを組み合わせた形になっている。2つのくさびは、飛行機の水平尾翼と垂直尾翼にあたる役割を持っており、この2つの組み合わせによって音を小さくすると同時に揺動を止める。この形状を基本として断面積変化率の最適化条件などから滑らかな曲面にしたのが700系のデザインである。理論的には異なった先頭デザインも考えられるが、乗客定員を既存車両と同じにするという条件下で騒音と振動を抑えるという命題の最適化解としてデザインされた。例えば500系は先頭の長さは15mもあるため先頭車両前方には旅客者用ドアがなく、室内も最前列付近の座席は横に5列配置できない。
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