Zobák rybárika zmenil japonské rýchlovlaky, teraz ich inšpirujú vtáčie krídla

Japonské vysokorýchlostné vlaky šinkansen dosahujú rýchlosť až 320 km/h. Pri ich vývoji však nejde iba o výkon motorov. Inžinieri musia riešiť odpor vzduchu, hlučnosť či spotrebu energie. A niektoré z najlepších riešení našli v prírode. Inšpiráciou sa im stali rybáriky, sovy a najnovšie aj perie vtáčích krídel.

Keď Japonci vyvíjali vysokorýchlostné vlaky série 500, narazili na problém. Pri vjazde do tunela vlak prudko stláčal vzduch pred sebou. Vzniknutá tlaková vlna sa šírila tunelom rýchlosťou zvuku a na jeho opačnom konci spôsobovala hlasný zvuk pripomínajúci výbuch.

Tento jav sa často označuje ako tunelový sonický tresk. Technicky však nejde o klasický sonický tresk spôsobený prekročením rýchlosti zvuku. Vlak takúto rýchlosť nedosahuje. Hluk vzniká v dôsledku tlakovej vlny, ktorá uniká z tunela.

Podľa japonského inžiniera Eijiho Nakatsua sa na hluk sťažovali dokonca obyvatelia vzdialení 400 metrov od tunelov. Problém bol natoľko vážny, že obmedzoval možnosti ďalšieho zvyšovania rýchlosti. Riešenie napokon priniesol jeden nenápadný vták.

Rybárik riečny je malý pestrofarebný vták, ktorého môžete vidieť aj pri slovenských riekach a potokoch. Živí sa drobnými rybami, za ktorými sa vrhá strmhlav pod hladinu. Jeho zvláštnosťou je schopnosť preniknúť z oveľa redšieho vzduchu do hustejšej vody s minimálnym rozvírením hladiny. Pomáha mu v tom dlhý, úzky a špicatý zobák.

Práve to zaujalo Nakatsua, ktorý sa okrem vývoja železničnej techniky venoval aj pozorovaniu vtáctva. Uvedomil si, že rybárik pri love rieši podobný fyzikálny problém ako vlak vchádzajúci do tunela – náhlu zmenu odporu prostredia. Japonskí inžinieri následne skúšali rôzne tvary čela vlaku. Využívali modelové experimenty aj počítačové simulácie prúdenia vzduchu. Výsledkom bol tvar, ktorý sa nápadne podobal na zobák rybárika.

Šinkansen série 500 preto dostal 15 metrov dlhé aerodynamické čelo. Podľa Nakatsuovho vysvetlenia sa podarilo znížiť tlakové účinky približne o 30 % a spotrebu elektriny o 15 %, hoci vlak jazdil o 10 % rýchlejšie než jeho predchodca. Séria 500 začala premávať v roku 1997 a ako prvá v Japonsku dosiahla v pravidelnej prevádzke rýchlosť 300 km/h.

Rybárik nebol jedinou prírodnou inšpiráciou. Inžinieri riešili aj hluk pantografu, teda zariadenia na streche vlaku, ktoré odoberá elektrinu z trolejového vedenia. Pri vysokých rýchlostiach spôsobuje prúdenie vzduchu okolo pantografu výrazný aerodynamický hluk.

Nakatsu obrátil pozornosť na sovy. Tie dokážu lietať mimoriadne potichu, čo im pomáha pri love koristi. Jedným z dôvodov je špecifická stavba ich letiek. Na okrajoch niektorých pier majú jemné zúbkovanie. To rozdeľuje prúdenie vzduchu na menšie víry a obmedzuje vznik hlučných turbulencií.

Japonskí výskumníci dokonca skúmali preparovanú sovu vo veternom tuneli, aby pochopili princíp jej tichého letu. Po štyroch rokoch vývoja preniesli podobné zúbkovanie na časti pantografu. Výsledkom bolo zníženie aerodynamického hluku a jednoduchšie splnenie prísnych japonských hlukových limitov.

Takmer tri desaťročia po predstavení série 500 pokračujú Japonci v hľadaní prírodných riešení. Železničná spoločnosť JR Central v októbri 2026 predstavila novú generáciu šinkansenu S0, ktorá má začať premávať v júli 2029. Jeho čelo dostane tvar označovaný ako Twin Remex.

Názov odkazuje na letky, teda perie vtáčích krídel, ktoré pomáha vytvárať vztlak a ovplyvňuje prúdenie vzduchu. Konštruktéri prirovnávajú plynulé, mierne skrútené plochy prednej časti vlaku práve k ich tvaru. Nejde o skutočné krídla, ktoré by vlak nadnášali. Cieľom je lepšie usmerniť vzduch okolo čela a zadnej časti súpravy, a tým znížiť aerodynamický odpor.

JR Central predpokladá, že nová séria spotrebuje približne o 6 % menej elektriny než súčasný N700S. Na úspore sa však okrem aerodynamiky bude podieľať aj automatické riadenie a účinnejšie elektrické zariadenia. Princíp zostáva podobný ako pri rybárikovi a sove. Japonskí inžinieri nehľadajú iba spôsob, ako postaviť výkonnejší vlak, ale aj ako využiť energiu efektívnejšie. A ukazujú, že sa stále máme čo učiť od prírody.