一位工程师的观鸟如何让日本的子弹头列车变得更好

工程师鸟类观看和他的公司拯救数百万美元之间的联系是什么？

或者，捕捉苍蝇与防止平面崩溃有什么关系？蝗虫群将如何改变我们高速公路的性质？模具可以更好地绘制我们的群发过境系统而不是工程师和规划者的团队吗？

所有这些场景的共同主线是:对自然世界的深入观察和分析可以带来惊人的创造性创新。我将在这个关于交通的系列文章中介绍所有这些东西，但首先让我们看看一对有趣的鸟是如何激发了一个圆滑的设计。好用的买球外围app网站

中津英二(Eiji Nakatsu)是日本所谓的“子弹头”列车技术开发部的总经理，这种列车以其速度和安全记录而闻名。在1990年参加了一位航空工程师关于鸟类的讲座后，同样是一名工程师的中松意识到，研究鸟类的飞行可以把他的火车和我们带入未来。

三洋和九州新干线由日本西部铁路公司运营，连接日本西部最大的两个城市大阪和福冈，是旧东海道线从东京到大阪的延伸。

全长515公里的东海道新干线是世界上最繁忙的高铁线路，从1964年(东京奥运会)开通到2010年，共运送了49亿乘客。事实上，日本坐火车出行的人比世界上任何地方都要多——估计每天有6400万人。

让他的火车更快是Nakatsu的目标之一，但这样做，他需要先使他们更安静。火车穿过密集的社区和许多隧道。最响亮的噪音来自与架空电线（Pantograph）的连接，以及从线上的隧道中出现火车。这种动态是如此强有力，它正在创造400米之遥的居民听到的声波。

在探测器噪声的情况下，在机构中涌现的空气涌现在所谓的Karman漩涡中，也称为Karman涡流街，并且这种湍流导致大部分噪音。Karman漩涡在各种鳞片上创造，从海洋中的岛屿到汽车天线，随着单个虚张机体分离流体流动的任何地方都表现为。替代和对面的漩涡在梗阻下游旋转，来回摆动，因为一个主导的力量，然后是另一个。

这种湍流是设计任何单塔或垂直桅杆时主要考虑的因素，人们已经设计了各种方法来抵消它。在圆柱体上放置背风鳍就是一个例子。涡街是一种基本的动力，事实上，一些动物，比如蜜蜂，被认为在飞行中利用了它。

中津对猫头鹰的降噪羽毛(羽)产生了兴趣。这些包括生长在主翼前缘的梳状锯齿排列。翼毛的作用是将掠过机翼的空气分解成微气流，而这也就掩盖了通常在机翼上发生的声音，而没有这一特征。他让他的团队测试了模仿这些形状的原型。

1994年，一种新的“翼图”取代了传统的受电弓，取得了巨大的成功。该列车现在可以以320公里/小时的速度运行，并满足政府制定的严格的70dBa噪音标准。

Sonic Boom问题比受电弓噪声更复杂。每当火车进入隧道时，它会产生大气压力波，以声音速度到达隧道出口。就像圆柱体中的活塞一样，火车将流体空气从隧道的另一端迫使。在低频波（20Hz以下）中出现的空气产生了大的繁荣和空气动力学振动。

这个问题特别麻烦，因为它与隧道的几何形状和火车的速度有关。波浪的微压力与列车横截面与隧道横截面的比例成正比。而且，速度每增加一单位，压力就增加三倍。

设计团队必须找到一种方法来重新设计火车的形状，不断更快而不会产生繁荣。该关键是通过减少火车的横截面积并重新设计鼻子来防止压力波积聚。

与初级工程师的讨论提示Nakatsu再次搜索自然界的答案。年轻的工程师观察到，当它穿过隧道时，测试火车似乎“收缩”。Nakatsu推出，它必须是由于突然变化的空气阻力，从阔天的天空到封闭的隧道，并想知道是否有适应这种条件的生物体。

从他的观鸟体验中，Makatsu记得翠鸟，一只潜水从一个流体（空气）到另一个流体（空气）潜入的鸟，这是800次更密集（水），几乎没有飞溅。他猜测了账单的形状是让鸟儿彻底切入水中的东西。

下一页：将火车的鼻子变成鸟的喙

JR West Team分析了翠鸟的比尔，发现它只是在九州大学建模的简化形状预测为最佳：旋转抛物面。鸟的上部和下喙都具有三角形横截面，其中三角形的侧面是弯曲的。在一起，它们形成了压扁的钻石形状。

根据这些参数，设计团队开始在一个比例模型隧道中测试各种鼻型，并测量产生的压力波。他们将各种形状的子弹射入管子，从更传统的子弹鼻到模仿翠鸟的形状。进一步的测试比较了落入水中的模型固体，以记录飞溅情况。同时，这些相同的形状在太空研究超级计算机上进行了模拟。然后选择了一个与翠鸟非常相似的火车鼻。

所有的测试都证实，翠鸟法案确实是所有测试中效率最高的，远远超过了所有备选方案。经过改进的原型被制造出来，并最终被制成全尺寸的，以便在轨道上进行测试运行。正是在这个时候，中津开始相信，关于有效的形式，大自然有很多东西可以教给我们。

设计减少了声波臂效应，并允许火车以更高的速度运行，并且仍然粘附于70dBA的标准噪声水平。它也立即获得了进一步的益处。

新干线500的空气阻力比上一代减少了30%。能耗按比例降低。实际的列车运行(最高270公里/小时)显示，与之前的300系列相比，功率减少了13%。

1997年3月22日，JR-WEST将500系列的Shinkansen电动火车置于商业服务。火车能够在最大300公里/小时，当时是世界速度记录，符合严格的噪声标准。由于该公司挑战，从常规300系列的“Nozomi”火车赛到2小时和17分钟，从2小时和32分钟缩短，赶缩短，缩短了行程之间的旅行时间。

从对自然形态的研究中，我们得到了一些基本的几何结构，可以对其进行分析、测试和反向工程，以改进车辆的形状。这种更有效的形式减少了引起噪音问题的乱流，进而减少了运送乘客所需的动力。

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