A finales de la década de los 90, los ingenieros japoneses modelaron el tren bala Shinkansen a partir de las aves Kingfisher para resolver uno de sus mayores problemas: las explosiones sónicas de los túneles.
Tokaido Shinkansen es una de las líneas ferroviarias de alta velocidad más transitadas del mundo… Habiendo transportado casi 5 mil millones de pasajeros desde su apertura en 1964 para los Juegos Olímpicos de Tokio 2010, ha sido rápido, bien conocido y listo para expandirse. Desafortunadamente, en el momento en que se diseñó por primera vez, también era bien conocido por acosar a miles de residentes cercanos al salir de los túneles.
Tren bala tviaja a través de Japón a 150-200 millas por hora, sirviendo a millones de pasajeros cada año. Sin embargo, su primer diseño no tuvo en cuenta qué tan alta sería la velocidad del tren. hacer que las ondas de presión atmosférica se acumulen frente al tren a medida que pasa por los túneles… Esta onda de compresión se propaga a través del túnel a la velocidad del sonido, formando microondas a presión o boom sónico del túnel a la salida. Además, ¡cada aumento en la velocidad de la unidad resultó en un aumento de tres veces en la presión!
Los trenes Shinkansen pasaban por muchos túneles en áreas densamente pobladas, y los estallidos sónicos eran tan poderosos que los residentes podían escucharlos a una distancia de 400 metros. Los pantógrafos, conexiones a cables aéreos, hacían el ruido más fuerte cuando los trenes salían de los túneles. Miles de vecinos estaban alarmados, preocupados y molestos. Quiero decir, ¿no odias cuando la casa de tu vecino está en construcción y estás tratando de tomar una siesta?
Un equipo de ingenieros tuvo la tarea de diseñar un tren aún más rápido y eficiente, pero para hacerlo, primero necesitaban hacerlo más silencioso sin reducir la velocidad ni consumir más energía. Uno de los jóvenes ingenieros del equipo observó la situación y compartió sus pensamientos con Eiji Nakatsu, gerente general del Departamento de Desarrollo Técnico del Tren Bala en 1997. Dijo que siente que el tren se ha comprimido cuando el tren irrumpe en el túnel. Inmediatamente, pensó Nakatsu,Esto debe deberse al cambio repentino en la resistencia del aire.… “
Nakatsu entonces se preguntó: “¿Hay algún ser vivo que se enfrente a los cambios repentinos en la resistencia del aire en la vida diaria? Sí, hay un martín pescador. Verá, Nakatsu no solo era un ingeniero, sino también un ávido observador de aves y un miembro activo de la Sociedad de Aves Silvestres de Japón.
Martines pescadores Estas son aves que pueden sumergirse del aire (baja resistencia) al agua (alta resistencia) a velocidades de hasta 40 km / h sin salpicar. Sabiendo esto, Nakatsu creía que los martines pescadores podían bucear así debido a la forma aerodinámica de su pico largo y puntiagudo en forma de cuña. Con esto en mente, un equipo de ingenieros realizó pruebas para medir las ondas de presión de balas de diversas formas y diseños disparadas en la tubería. Los datos obtenidos mostraron la forma perfecta de la cabeza del shinkansen es casi idéntica al pico de un martín pescador! Con esta información, desarrollaron una nueva serie de trenes de pico Kingfisher.
Este diseño redujo el ruido de los auges sónicos del túnel y el tren fue funcionamiento a velocidades más altas incluso manteniendo un nivel de ruido estándar de 70 decibeles ponderado A! Al mismo tiempo, hubo beneficios inmediatos. La nueva serie Shinkansen 500 redujo el consumo de energía proporcionalmente cuando la resistencia del aire en el nuevo predecesor era un 30% menor. A una velocidad real del tren de hasta 270 km / h, el diseño mostró una reducción del 13% en la potencia, que era necesaria en el predecesor de la serie 300.
El 22 de marzo de 1997 se puso en funcionamiento comercial el tren Shinkansen de la serie 500. Con un récord mundial de velocidad, el tren puede alcanzar velocidades de hasta 300 km / h, y el tiempo de viaje entre Shin-Osaka y Hakata se reduce en 15 minutos (una diferencia significativa según el destino del tren). Aquí tenemos un tren que requiere menos potencia, consume menos combustible, es más barato, más rápido, más limpio y más silencioso.
El diseño de Nakatsu es un ejemplo perfecto biomimetismo, un caso en el que utilizamos observaciones de las estructuras y sistemas de organismos de la naturaleza para simular estrategias y resolver problemas de diseño emergentes. La naturaleza creó el Kingfisher, Nakatsu tuvo que diseñar un tren que pudiera adaptarse a los cambios repentinos en la resistencia del aire, y Nakatsu imitó el pico del Kingfisher para lanzar un proyecto que no solo resolvió el gran problema al que se oponían los trenes Shinkansen, sino que también cambió la forma en que Japón Tokaido Shinkansen … los trenes se crean para siempre.
