อัศจรรย์ธรรมชาติสู่นวัตกรรม EP.1 - 2
"รู้หรือไม่ รถไฟความเร็วสูง Shinkansen ได้รับแรงบันดาลใจในการออกแบบหัวรถมาจากเจ้านกกระเต้น"
จากความเดิมตอนที่แล้ว Nakatsu เป็นผู้จัดการทั่วไปของแผนก Technical Development รถไฟหัวกระสุน (bullet trains) เขาได้รับมอบหมายให้แก้ปัญหาที่ท้าทายสองปัญหาใหญ่ของรถไฟความเร็วสูง Shinkansen ใน EP.1 - 1 เขาได้แก้ปัญหาเสียงรบกวนและความ ปั่นป่วน (turbulence) ของอากาศพลศาสตร์ ที่เกิดจาก pantographs ที่ความเร็วสูงๆ
โดยได้รับแรงบันดาลใจมาจากนกฮูก ที่ได้รับฉายาว่า "นักล่ายามราตรี" ได้สำเร็จ ยังหลืออีกหนึ่งปัญหานึงซึ่งเป็นปัญหาท ี่สำคัญนั่นคือ sonic boom ที่เกิดขึ้นเวลาลอดผ่านอุโมงค์
ปัญหาการเกิด sonic boom นั้นต้องบอกว่ามีความซับซ้อนมากกว่า ปัญหาเสียงรบกวนและความปั่นป่วน (turbulence) ของ pantographs ซะอีก เมื่อใดก็ตามที่รถไฟวิ่งเข้าไปในอุโมงค์มันก็จะเกิดการเปลี่ยนแปลงความดันอย่าง ฉับพลับขึ้น ส่งผลให้เกิดเสียงระเบิด และการสั่นสะเทือนทางอากาศพลศาสตร์ ออกมาอีกฝั่งของปลายอุโมงค์ ที่ความเร็วของเสียง
โดยเสียงที่ปรากฏจะคล้ายกับเสียงของปืนลูกซอง (อ่อ นี่แหละถึงเรียกว่า รถไฟหัวกระสุนของจริง 55 ล้อเล่นนะ) ทุกๆหน่วยของความเร็วที่เพิ่มสูงขึ้น มันก็จะเกิดความดันที่เพิ่มขึันทีละสามเท่า ด้วย นี่เองที่ทำให้ผู้อาศัยในระแวก อุโมงค์ร้องเรียนเข้ามา โดยเสียงดังกล่าวกิน พื้นที่ราวๆ 400 เมตร
ปัญหานี้เป็นปัญหาที่ยุ่งยากมากโดยเฉพาะอย่างยิ่ง มันเกี่ยวข้องกับรูปทรง ทางเรขาคณิตของอุโมงค์และความเร็วของรถไฟ
Nakatsu สงสัยว่า "เอ ในธรรมชาตินี้จะมีสิ่งมีชีวิตที่เอาชนะปัญหาคล้ายๆกันนี้ได้ไหมนะ" ปัญหาการคลื่อนที่จากตัวกลางที่เบากว่าไปสู่ตัวกลางที่มีความหนาแน่นมากกว่า ขณะที่เขาครุ่นคิด เขาก็นึกขึ้นมาได้ทันทีคือ "นกนักล่าปลาไง" มันสามารถบินจากอากาศลงไปในน้ำได ้อย่างฉับพลัน
ใช่แล้วครับ Nakatsu ค้นพบวิธีแก้ปัญหาแล้ว จากประสบการณ์การดูนกของเขา Nakatsu นึงถึงนกกระเต็น (kingfisher bird) ที่ดำน้ำที่ความเร็วสูง จากตัวกลางของอากาศไปยังอีกตัวกลาง หนึ่งที่มีความหนาแน่น ต่างกันถึง 800 เท่า(น้ำ) โดยแทบที่จะไม่มีน้ำสาดกระเซ็นเลย ต้องขอบคุณความพิเศษของรูปทรงของ จะงอยปากและหัวของมันนั่นเอง
นกกระเต็นบินลงน้ำ
มาดูว่าพวกเขาเปลี่ยนจมูกของรถไฟให้มีรูปร่างเหมือนจะงอยปากนกให้สำเร็จได้ยังไง?
ทีม JR West (เป็นหนึ่งในกลุ่มบริษัทรถไฟญี่ปุ่น ที่ Nakatsu ทำงานอยู่) กำลังพากันวิเคราะห์จะงอยปากของ นกกระเต็นและพบว่ามันมีรูปร่างเพรียวลม ซึ่งได้ทำการสร้างแบบจำลองที่มหาวิทยาลัยคิวชู (University of Kyushu) เพื่อคาดการณ์รูปทรงที่เหมาะสม โดยจะงอยปากบนและปากล่างของนกมีพื้นที่หน้าตัดเป็นสามเหลี่ยมและส่วนด้านข้างของรูปสามเหลี่ยมจะมีความโค้งเล็กน้อย พวกเขาจึงได้รูปทรงเป็นรูปสี่เหลี่ยมด้านขนาน(เหมือนเพชร)ออกมาก
ทีมออกแบบได้ทำการกำหนดการทดสอบ จมูกรูปทรงต่าง ๆในสเกลของโมเดลอุโมงค์ และทำการวัดคลื่นความดันที่เกิดขึ้น โดยพวกเขาได้ยิงกระสุนรูปทรงต่างๆ เข้าไปในท่อ เริ่มจากกระสุนรูปทรงแบบเดิม จนไปสู่รูป ทรงจมูกแบบต่างๆที่ออกแบบมา นอกจากนี้ยังได้ทำการทดสอบเปรียบเทียบของแข็งรูปแบบต่างๆที่ปล่อยลงไปในน้ำ เพื่อบันทึกค่าการสาดกระเซ็นด้วย
การทดสอบทั้งหมดได้รับการยืนยันแล้วว่า จะงอยปากนกกระเต็นมีประสิทธิภาพมาก ที่สุดจากการทดสอบทั้งหมด โดยต้นแบบดังกล่าวก็ถูกนำมาสร้างขึ้น และทำในสเกลรถไฟปกติสำหรับทดสอบวิ่งบนราง ณ ตอนนี้ Nakatsu เชื่อว่าธรรมชาติได้สอนเราเกี่ยวกับรูปทรงที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด
การออกแบบดังกล่าวมันช่วยลดผลกระทบที่เกิดจากโซนิคบูมและอนุญาตให้รถไฟวิ่ง ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นและยังคงเป็นไปตาม มาตรฐานระดับเสียงรบกวนที่ 75 dB
Shinkansen ซีรี่ส์ 500 ใหม่มีแรงต้านอากาศลดลง 30% น้อยกว่ารุ่นก่อน การใช้พลังงานลดลงตามสัดส่วน โดยวัดจากรถไฟวิ่งจริง (อัตราเร็วสูงสุด 270 กม. / ชม) พบว่าการใช้พลังงานลดลง 13 % น้อยกว่ารุ่นก่อนหน้านี้คือ ซีรีส์ 300
เมื่อวันที่ 22 มีนาคม 1997 บริษัท JR West เปิดให้บริการในเชิงพาณิชย์ของรถไฟ Shinkansen ซีรีส์ 500 โดยรถไฟสามารถที่จะวิ่ง ด้วยอัตราเร็วสูงสุด 300 กม./ชั่วโมง พร้อมกับเสียงที่เป็นไปตามมาตรฐาน ที่เข้มงวด ใช้เวลาเดินทางระหว่าง ชินโอซากาและฮากาตะได้ภายใน เวลา 2 ชั่วโมงและ 17 นาที
จากการศึกษารูปแบบธรรมชาติที่เป็น พื้นฐานทางเรขาคณิตและได้รับ การวิเคราะห์ การทดสอบและนำไปสู่ กระบวนการทางด้านวิศวกรรม ปรับปรุงจนได้รูปทรงของรถไฟออกมานี่ ถือเป็นการประสบความสำเร็จอย่างยิ่งของ Nakatsu และทีมสร้าง Shinkansen
จบแล้วครับขอบคุณที่ติดตามนะครับ ถ้าไปณี่ปุ่นรู้แล้วนะว่าทำไมหัวรถไฟถึงเป็นลักษณะดังกล่าวเพราะได้รับแรงบันดาลใจมาจากเจ้านกกระเต็นเพื่อแก้ปัญหา Sonic boom
ใครที่ยังไม่ได้ติดตาม EP.1-1 ติดตามจาก link ด้านล่าง
"รู้หรือไม่ การแก้ปัญหารถไฟความเร็วสูง Shinkansen ที่เกิดเสียงรบกวนได้รับแรงบันดาลใจในการออกแบบมาจากเจ้านกฮูก"
ติดตามเรื่องราวดีๆของวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี และนวัตกรรมได้ที่ antnumber9
- 1
โฆษณา
- ดาวน์โหลดแอปพลิเคชัน
- © 2025 Blockdit
