あの変な格好のノーズって、色々の要素で決まってたんですね。
知りませんでした^^
新幹線にも「翼」がある？ 先頭車のノーズ、その長さと形の理由
乗りものニュース / 2018年8月26日 7時10分
15mに達するE5系のノーズ。長くなった理由は高速化のほかトンネル対策も含まれる（児山 計撮影）。
世界の高速鉄道の中でもとりわけ長く複雑な形状をしている新幹線のノーズ。この形には日本ならではの事情があります。その形に込められた秘密とは。
長いノーズは速く走るためだけではない？
新幹線の先頭車両は高速で走れるようにシャープな流線型です。1964（昭和39）年に営業を開始した0系のノーズ（先頭車両の先端）の長さは3.9mでしたが、現在の最高速度320km/hで走る東北・北海道新幹線のE5系・H5系はノーズの長さが15mにもおよびます。E5系・H5系先頭車の全長は27mですので、実にその半分以上がノーズです。
これほどまでにノーズが伸びた理由は、スピードアップもそうですが、ほかにもあります。実はフランスの「TGV-Duplex」は300km/h運転を行いつつも、ノーズ長は5.02mとE5系の約3分の1に収まっています。つまり、ノーズの長さはスピードだけの問題ではありません。
新幹線のノーズが伸びた大きな理由、それはトンネルです。日本は国土の約7割が山岳地帯で、鉄道とトンネルは切っても切れない関係にあります。トンネルは、列車が高速で突入すると、トンネル内の空気が圧縮されて押し出され、トンネルの出口で、いわゆる「トンネルドン現象」といわれるような大きな音を出します。この音を低減するには、ノーズをできるだけとがらせて、トンネル内の空気を圧縮せずに進入できるようにする必要があります。
結果、新幹線ではスピードに比例してノーズはどんどん長くなりましたが、TGVを運行しているフランスは日本と比べて地形が緩やかでトンネルが少なく、トンネルの断面も日本よりひと回り大きいこともあって空気が前方以外に逃げやすいため、新幹線のようなロングノーズは不要というわけです。
一筋縄ではいかないノーズの形
トンネルドンを防ぐには、車体の断面積（車体を輪切りにした状態での面積）が一定の割合で大きくなることが望ましいとされています。つまり、鉛筆削りで削った鉛筆の先ような形がトンネルドン対策としては望ましいノーズの形状です。
しかし現実は一筋縄ではいきません。先頭車両には運転台があり、運転士の視界を考えるとある程度出っ張らせる必要があります。しかし断面積の変化を一定にするため、出っ張った分は別の部分を削ることで調整。そのため最近の新幹線では運転台のサイドが若干えぐれたような形になっています。
また、ノーズが伸びるとそれだけ客室の空間が減少します。輸送需要の多い東海道新幹線ではこれは大きな問題で、スピードアップはしても定員はできるだけ確保、つまりノーズはできるだけ短くする必要があります。
そこでJR東海はN700系の開発において「遺伝的アルゴリズム」という航空機の開発にも使われている最新の空力シミュレーションを採用。AI技術を組み入れ、突然変異や世代交代といった遺伝的なモデルを組み込んだシミュレーションを5000通り以上も行い「エアロ・ダブルウイング」という形状が生まれました。これによってN700系は、10.7mという比較的「短い」ノーズで300km/h運転が可能になりました。
このように、新幹線のノーズは空力的な理由や騒音の低減といった要求を満たすため、複雑な形状になっているのです。
新幹線にも「翼」がある？
自動車の運転席や航空機の操縦席は前だけに付いており、車両や航空機の前後の形は非対称です。しかし鉄道車両の多くは終点で折り返してそのまま逆向きに走れるよう、前後が対称になっています。実はこの鉄道ならではの特性が新幹線のノーズ形状に影響を与えています。
空気は目に見えないためあまり意識はしませんが、高速で走る新幹線の周りには境界層という空気の層が貼り付いています。そしてその空気が最後部の車両から引きはがされるとき、空気の力で車両が揺れてしまい、乗り心地を損ねます。
そこで新幹線では、最後部で空気の流れを整えてきれいに空気をはがすようなノーズ形状を開発しています。
700系新幹線のノーズは側面から見ると弧を描いている部分があります。この部分は最後部車両になったとき、航空機の尾翼のように、空気の流れを安定させる意図があります。一方で先頭車になったときはトンネルドン対策として断面積の変化を一定にする必要があるため、先頭と最後尾両方の事情を考慮しつつ、ベターな形状を求めた結果といえます。
このような形状の開発には膨大な回数のシミュレーションが必要です。かつてはクレイモデルを造って風洞装置にかけ、それをもとに形状を検討していたため分析に大変時間がかかりました。現在はコンピューター上でシミュレーションを繰り返すことで、これまでとは比較にならないほどの形状を細かく検討できるようになり、さらに遺伝的アルゴリズムといった理論の導入で、より多様な形状の検討ができるようになりました。
2018年に量産先行車が登場したJR東海のN700Sは、N700系からさらに空力的な進化を遂げ、最後部での整流を考えたスリット状のくぼみが設けられています。現代の新幹線車両が持つ複雑なノーズの形状は、人間とコンピュータの「二人三脚」で作り出したものなのです。
【写真】新型新幹線N700Sの複雑なノーズ形状
그 이상한 모습의 노즈는, 여러가지의 요소로 정해졌습니다.
몰랐습니다^^
신간선에도 「날개」가 있다? 선두차의 노즈, 그 길이와 형태의 이유
탈 것 뉴스/ 2018년 8월 26일 7시 10분
15 m에 이르는 E5계의 노즈.길어진 이유는 고속화외 터널 대책도 포함된다(코야마 카즈 촬영).
세계의 고속 철도 중(안)에서도 특히 길고 복잡한 형상을 하고 있는 신간선의 노즈.이 형태에는 일본만이 가능한 사정이 있어요.그 형태에 담겨진 비밀이란.
긴 노즈는 빠르게 달리기 위해 만이 아니야?
신간선의 선두 차량은 고속으로 달릴 수 있도록(듯이) 샤프한 유선형입니다.1964(쇼와 39) 년에 영업을 개시한 0계의 노즈(선두 차량의 첨단)의 길이는 3.9 m였지만, 현재의 최고속도 320 km/h로 달리는 토호쿠·홋카이도 신간선의 E5계·H5계는 노즈의 길이가 15 m에도 미칩니다.E5계·H5계 선두차의 전체 길이는 27 m이므로, 실로 그 반이상이 노즈입니다.
이 정도까지 노즈가 성장한 이유는, 스피드업도 그렇습니다만, 그 밖에도 있습니다.실은 프랑스의 「TGV-Duplex」는 300 km/h운전을 실시하면서도, 노즈장은 5.02 m와 E5계의 약 3분의 1에 들어가고 있습니다.즉, 노즈의 길이는 스피드만의 문제가 아닙니다.
신간선의 노즈가 성장한 큰 이유, 그것은 터널입니다.일본은 국토의 약 7할이 산악 지대에서, 철도와 터널은 끊을래야 끊을 수 없는 관계에 있습니다.터널은, 열차가 고속으로 돌입하면, 터널내의 공기가 압축되어 밀려 나와 터널의 출구에서, 이른바 「톤네르돈 현상」이라고 말해지는 큰 소리를 냅니다.이 소리를 저감 하려면 , 노즈를 가능한 한 뾰족하게 할 수 있고, 터널내의 공기를 압축하지 않고 진입할 수 있도록 할 필요가 있어요.
결과, 신간선에서는 스피드에 비례해 노즈는 자꾸자꾸 길어졌습니다만, TGV를 운행하고 있는 프랑스는 일본과 비교해서 지형이 완만하고 터널이 적고, 터널의 단면도 일본보다 한층 큰 일도 있어 공기가 전방 이외에 도망치기 쉽기 때문에, 신간선과 같은 롱 노즈는 불요라고 하는 것입니다.
외곬줄에서는 가지 않은 노즈의 형태
톤네르돈을 막으려면 , 차체의 단면적(차체를 둥글게 자름으로 한 상태로의 면적)이 일정한 비율로 커지는 것이 바람직하다고 여겨지고 있습니다.즉, 연필 깎기에서 깎은 연필의 끝나름형태가 톤네르돈 대책으로서는 바람직한 노즈의 형상입니다.
그러나 현실은 외곬줄에서는 살지 않습니다.선두 차량에는 운전대가 있어, 운전기사의 시야를 생각하면 있다 정도 나오게 할 필요가 있어요.그러나 단면적의 변화를 일정하게 하기 위해, 나온 만큼은 다른 부분을 깎는 것으로 조정.그 때문에 최근의 신간선에서는 운전대의 사이드가 약간 도려낼 수 있던 것 같은 형태가 되어 있습니다.
또, 노즈가 성장하면 그 만큼 객실의 공간이 감소합니다.수송 수요가 많은 토카이도 신간선에서는 이것은 큰 문제로, 스피드업은 해도 정원은 가능한 한 확보, 즉 노즈는 가능한 한 짧게 할 필요가 있어요.
거기서 JR토카이는 N700계의 개발에 대해 「유전적 알고리즘」이라고 하는 항공기의 개발에도 사용되고 있는 최신의 공력 시뮬레이션을 채용.AI기술을 집어 넣어 돌연변이나 세대 교대라고 하는 유전적인 모델을 짜넣은 시뮬레이션을 5000방법 이상이나 실시해 「에어로·더블 윙」이라고 하는 형상이 태어났습니다.이것에 의해서 N700계는, 10.7 m라고 하는 비교적 「짧다」노즈로 300 km/h운전이 가능하게 되었습니다.
이와 같이, 신간선의 노즈는 공력적인 이유나 소음의 저감이라고 하는 요구를 채우기 위해, 복잡한 형상이 되어 있습니다.
신간선에도 「날개」가 있다?
자동차의 운전석이나 항공기의 조종석은 전인 만큼 붙어 있어 차량이나 항공기의 전후의 형태는 비대칭입니다.그러나 철도 차량의 상당수는 종점에서 되풀이해 그대로 역방향에 달릴 수 있도록, 전후가 대칭이 되어 있습니다.실은 이 철도만이 가능한 특성이 신간선의 노즈 형상에 영향을 주고 있습니다.
공기는 눈에 보이지 않기 때문에 별로 의식은 하지 않습니다만, 고속으로 달리는 신간선의 주위에는 경계층이라고 하는 공기의 층이 붙여 붙어 있습니다.그리고 그 공기가 최후부의 차량으로부터 인 나무는이 될 때, 공기의 힘으로 차량이 흔들려 버려, 승차감을 해칩니다.
거기서 신간선에서는, 최후부에서 공기의 흐름을 정돈해 예쁘게 공기를 벗기는 노즈 형상을 개발하고 있습니다.
700계 신간선의 노즈는 측면에서 보면 호를 그리고 있는 부분이 있어요.이 부분은 최후부 차량이 되었을 때, 항공기의 뒷날개와 같이, 공기의 흐름을 안정시키려는 의도가 있어요.한편으로 선두차가 되었을 때는 톤네르돈 대책으로서 단면적의 변화를 일정하게 할 필요가 있다 모아 두어 선두와 최후미 양쪽 모두의 사정을 고려하면서, 베타인 형상을 요구한 결과라고 할 수 있습니다.
이러한 형상의 개발에는 방대한 회수의 시뮬레이션이 필요합니다. 이전에는 클레이 모델을 양성해 풍동 장치에 걸쳐 그것을 기초로 형상을 검토하고 있었기 때문에 분석에 몹시 시간이 걸렸습니다.현재는 컴퓨터상에서 시뮬레이션을 반복하는 것으로, 지금까지는 비교가 되지 않을 만큼의 형상을 세세하게 검토할 수 있게 되어, 한층 더 유전적 알고리즘이라고 하는 이론의 도입으로, 보다 다양한 형상의 검토를 할 수 있게 되었습니다.
2018년에 양산 선행차가 등장한 JR토카이의 N700S는, N700계로부터 한층 더 공력적인 진화를 이루어 최후부에서의 정류를 생각한 슬릿장의 움푹한 곳이 설치되고 있습니다.현대의 신간선 차량이 가지는 복잡한 노즈의 형상은, 인간과 컴퓨터의 「이인 삼각」으로 만들어 낸 것입니다.
【사진】신형 신간선 N700S의 복잡한 노즈 형상