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【2017/04/30 16:01 】 |
列車抵抗について蒸機からリニアまで

鉄軌道の場合、列車抵抗は

1)出発抵抗 停止中の列車が出発するとき
2)走行抵抗 平坦な直線路を走るとき
3)勾配抵抗 坂を上るとき
4)曲線抵抗 曲線を走るとき
5)加速度抵抗 加速するときに生じる抵抗=加速するのに必要な引張力
6)トンネル抵抗 トンネル内走行時に風圧変動で生じる

があり、リニアは浮上式なんで速度比例の浮上抵抗が加わるのか?
走行抵抗は次のような速度の2次式で表される。

 走行抵抗R=A+BV+CV^2

各係数は、鉄軌道なら

A:車軸と軸受に生じる摩擦抵抗
B:車輪とレールの転がり抵抗、車両の動揺による摩擦抵抗、車両と空気の摩擦抵抗
C:車両前面の風圧、および後面の吸気により生じる抵抗

と分けられる。国鉄・JRで使ってる式を蒸機から新幹線まで並べると、

TrainResistance.png

となる。なんかカオス。300系、500系、700系だけは割と理屈に沿った作りになってるが、他は微妙な点多し。それでも実用式として実験から定めたものなので妙な突っ込みは無しだ。







ここでリニアについて考えてみる。

http://www.mlit.go.jp/common/000144239.pdf

> 2027年首都圏~中京圏開業時の想定
> ピーク時:5本/時間
> 所要時間:40分
> 約27万kW

> 2045年首都圏~関西圏開業時の想定
> ピーク時:8本/時間
> 所要時間:67分
> 約74万kW

> 500km/h走行時の超電導リニア1列車の想定消費電力は、約 3.5万kW。

議事録も読むと500km/h巡航で動輪周出力?に相当する出力が3.5万kWとのことなので、これで列車抵抗を逆算できる。定数項、1次項、2次項の係数が問題になるので、これは300系・500系・700系から考えよう。

車両質量はそれぞれ711t、700t、708t、定員乗車で1323[人]×55[kg/人]=72.765[t]を入れて列車質量を783.765t、772.765t、780.765tとし、リニアはトンネル走行前提なのでトンネルの式を定数+1次項と2次項でグラフ化して、さらにリニアのターゲットポイントを入れると

TrainResistance_300_500_700.png

こんな感じになる。あとはカンでやるしかない。もう一か所くらいあると良かったんだが贅沢は言えないね。で、床下はぜんぶフラットだし車体表面はリニアが滑らかって程度だけどまぁ700系よりマシ程度に見ようか。機械的な抵抗は無いし台車もなめらかな形状である一方で、誘導抵抗ってやつが頭を過ぎる。

2次項は空気を押し分ける抵抗なんだからと考えると、トンネル断面積と車体断面積を比べてみようか?

300系=11.40/62.8=0.1815
500系=10.20/63.4=0.1609
700系=10.94/62.8=0.1742
(車両断面積 E954:10.8m^2、E955:9.3m^2、N700:10.8~10.85m^2)

2次項の係数はこの倍率の2乗の4.6倍にニアピンになってる。よってリニアでも同様にリニア実験線のトンネル断空面積82.4m^2・・・あ、ガイドウェイとか設置して71m^2だっけ・・・から、

0.06593=(8.5/71)^2*4.6

を得る。これをもとに、500km/hで定数項+1次項+2次項の値が3.5万kWとイコールになるようにすると、列車重量429tでは

R=2.8W+0.03733VW+0.06593V^2

を得る。が、これでは

A:車軸と軸受に生じる摩擦抵抗
B:車輪とレールの転がり抵抗、車両の動揺による摩擦抵抗、車両と空気の摩擦抵抗

についてリニアは700系の1.5倍だなんてことになる。変な感じがする。
で、磁気抗力なんてものを調べてみると重量に対して10~3.2/230程度だ。429tで考えるなら18652kgf~5969kgfでしかも数字が低いのが高速側。でけえ。でまぁこれ考えたところで200km/h以下の領域での列車抵抗に効いてくるだけだし、暗算で考えてみるに磁気抗力考えたら別にこれでいいんじゃねぇ?という感じ。電磁気なんかそんな詳しくないからということでいったん妥協しとく。

TrainResistance_MLX01.png



 

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【2011/11/07 00:12 】 | 運転理論 | 有り難いご意見(0) | トラックバック(0)
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