新幹線は、なぜカモノハシ型に「進化」したか！？

とんがり型からカモノハシ型への「進化」

世界一の高速鉄道として日本が誇る新幹線。しかし、新幹線の優れたところはスピードだけではありません。騒音対策にも、他国に先駆けた研究成果が盛り込まれています。
それは新幹線の先頭形状です。新幹線の先頭部分は、初期の団子鼻のような丸い形から、ドリルのようにとがった500系に見られる形状を経て、最近は700系に代表されるカモノハシのくちばしのような独特のカーブを描く形に変わってきました。この形状の「進化」には、新幹線がトンネルに突入するときに発生する音を抑えるため、流体力学の観点から列車形状を研究した成果が生かされているのです。

列車まわりの空気の流れをとらえる

列車が高速でトンネルに突入すると、トンネル出口側でドーンという音が発生する場合があります。従来はトンネル内に入った列車の体積分だけ空気が圧縮されて音になると考えられていたので、先頭部分をできるだけ細長くして音を小さくしようとしていました。90年代の初めにかけて、新幹線がとがった形になっていったのはそのためです。
その後、列車まわりの空気の流れをコンピュータでシミュレーションできるようになり、トンネル内で生じる空気の流れと発生する音との関係がより緻密に研究されるようになりました。その結果、列車によってかきわけられた空気の流れがトンネルの壁面にせき止められて圧縮され、それが音の発生につながることがわかったのです。

空気を「上手く」かきわける

原因がわかれば対策が立てられます。つまり、なるべく音を発生させないような空気の流れを生む列車の形状を、流体力学の知識に基づいて設計すればよいのです。幸いなことに、列車の形状とそのまわりの空気の流れの間には、理論的な関係式が立てられます。それを利用して、音が発生しないように空気を「上手く」かきわけられる形状を計算した結果出てきたのが、カモノハシ型だったのです。
日本が誇る世界一の高速列車は、さまざまな研究と技術の成果を反映しながら、現在も進化を続けています。

参考資料

※夢ナビ講義は各講師の見解にもとづく講義内容としてご理解ください。

※夢ナビ講義の内容に関するお問い合わせには対応しておりません。

先生情報 / 大学情報

成蹊大学理工学部理工学科教授小川隆申先生

興味が湧いてきたら、この学問がオススメ！

理工学

メッセージ

何かを習得する過程には共通のものがあります。例えばテニスの場合、最初はラケットを振るのもぎこちなく、ボールも上手く打てません。でも、地道に練習を続けていると、ある日、直感的にラケットが振れ、上手く打ち返せる瞬間がやってきます。勉強も同じです。最初はただ覚えるだけだったり、公式や法則の意味が理解できないこともありますが、毎日考え続けていると、ある日ふと「そういうことだったんだ」と視界がパーっと開ける瞬間が訪れます。最初のこの壁さえ乗り越えれば、スポーツも勉強も本当の楽しさに出会えるのです。

先生への質問

先生の学問へのきっかけは？
先輩たちはどんな仕事に携わっているの？

成蹊大学に関心を持ったあなたは

成蹊大学は、経済学部・経営学部・法学部・文学部・理工学部からなる総合大学です。文系・理系のすべての学生が4年間、緑豊かな吉祥寺のキャンパスで過ごすので、所属学部以外の友人との交流や学年を越えたネットワークづくりも可能です。また、先生との距離が近く学生一人ひとりの個性を尊重する少人数教育やキャリア教育が充実しています。さらに、2020年度より、各自が自分の興味関心やニーズに沿った学習を進められるよう副専攻制度を設けます。詳細は成蹊大学ホームページをご確認ください。