Jak 3 ptáci pomohli zlepšit japonský rychlovlak

Každý rok začátkem léta píšu takový odlehčený článek. O uživatelské přívětivosti veřejných záchodů, o pojídání hot-dogů na čas. Tak teď to bude o ptácích.

Když jsem byl malý, tak jedna z mých nejoblíbenějších knížek byla Rybaříci na modré zátoce. Matně si pamatuji, že to bylo něco o ledňáčcích; nejvíc mi ale v paměti zůstaly nádherné akvarelové ilustrace Mirko Hanáka.

Rybaříci na modré zátoce

Po letech jsem na ni narazil, když jsem byl s Miou v nemocnici. Hřbet knihy na mě koukal v herně, mezi ostatními stokrát ohmatanými knihami a já se vrátil do svého dětství. Tak jsem si říkal, že se tam vrátím a zeptám se, zda bych ji mohl vyměnit za pár jiných dětských knížek.

Nicméně pro dnešní příběh jsou důležití spíš ty rybaříci (v angličtině Kingfishers).

Japonský rychlovlak Shinkansen

Shinkansen 300

Dan Šácha by vám řekl, že Shinkansen je neuvěřitelný. Jede víc než 320 km v hodině a doteď přepravil bez jediného úrazu 5,6 miliard cestujících. Ale měl jeden velký problém – hluk.

V Japonsku mají poměrně striktní pravidla pro hluk – konkrétně vlak nesmí překročit 70 decibelů (zvuk vysavače). A rychlovlak byl výrazně nad tímto limitem.

Důvody byly dva:

  1. Sběrač proudu – zařízení známe z tramvají, které spojuje elektrické vedení s vlakem. Vinou turbulence vytvářel hluk nad přípustným limitem.
  2. Tunely – při výjezdu z tunelu vytvářel stlačený vzduch před rychlovlakem sonický třesk, který byl slyšet 400 m daleko. Něco jako když odšpuntujete šampaňské.

Japonci ale měli eso v rukávu – šefinženýra jménem Eiji Nakatsu. A ten měl za úkol novou verzi vlaku zrychlit a ztišit.

Hlavní problém – jak se ukázalo – byla aerodynamika. Bylo potřeba navrhnout rychlovlak tak, aby lépe prorážel vzduch. A pan Nakatsu, který náhodou šel na přednášku o ptácích a leteckém inženýrství, se jimi inspiroval.

Sova, tučňák a sběrač proudu

sova

První problém, který bylo nutné vyřešit, byl sběrač proudu (pantograf). Který vyluzoval zvuk přes 70 decibelů.

starý sběrač proudu

Zvuk byl hlavně vytvářený tzv. Kármánovými turbulencemi.

Kármánovy turbulence

A jaký pták je nejtišší? Sova. Takže se pan Nakatsu inspiroval peřím sovy. To je podobné hřebenu a vytváří mikroturbulence, které minimalizují zvuk.

Zbývalo vyřešit napojení horní části na vlak. I tam se pan Nakatsu inspiroval, tentokrát tučňákem.

tučňák

Na zemi je nemotorný, ale ve vodě je to něco jiného. Výsledkem byl úplně přepracovaný sběrač proudu, včetně prohlubní připomínající perutě sovy a průřez tělo tučňáka.

Ledňáček a špička vlaku

rybařík - ledňáček

Při vjezdu vlaku do tunelu se vzduch před vlakem stlačí.

A tato změna prostředí:

  • vlak zpomalí,
  • vytvoří vzduchovou zátku,
  • a zvýší hluk při výjezdu vlaku.

Tak se pan Nakastu sám sebe zeptal, jaký živočich překonává prostředí s nejmenším odporem. A napadl ho ledňáček. Ledňáček se živí hlavně rybami, a tak často překonává hranici mezi vzduchem a vodou. A dělá tak s elegancí a minimálním rozstřikem. Takže tým inženýrů zkusil navrhnout čelo vlaku podle zobáku ledňáčka. Protože zobáček ledňáčka vodu netlačí před sebou, ale vlastně rozevírá.

Přišli proto na univerzitu v Kyushu a:

  • otestovali průraznost voda-vzduch u jednotlivých designů,
  • spočítali odpor pomocí superpočítačů pro výzkum vesmíru.

A vyšlo jim jako optimální varianta špička vlaku (dlouhá skoro 15 metrů), která se hodně podobá zobáku ledňáčka. Takže udělali prototyp 1 ku 1 a vyzkoušeli ho v reálném prostředí.

Shinkansen 500 a pan Nakatsu

Nejenže se dostali pod limit 70 decibelů, ale vlak měl o 30 % menší odpor a spotřebovával o 13 % méně energie.

Závěr

V předminulém článku o designu jsem zmiňoval, že vržené stíny by měly odpovídat přírodě.

Takže doporučuji se – až budete mít zásek v práci – jít projít do parku nebo do lesa. Protože vy máte na projekt týdny či měsíce, ale příroda měla miliony let na vývoj. Když nic jiného, tak se aspoň projdete.

Ono se totiž moc nevyplácí na přírodu (a fyzikální zákony) kašlat.

Zdroje:
30 animals that made us smarter podcast
99% invisible podcast

 

,

No comments yet.

Napsat komentář

Powered by WordPress. Designed by WooThemes