WMG、超軽量鉄道デモ車両向け先進CFRPフレームを構築

Revolution VLRは、Transport Design International Ltd（TDI、英国ストラトフォード・アポン・エイボン）が主導する英国のコンソーシアムで、2013年に資金獲得し、一体型ハイブリッド推進システムを持つ自走式鉄道ボギーの開発を行っています。TDIは、より軽量な「ライトレール」車両、すなわち超軽量鉄道（VLR）の設計が、次世代の持続可能な公共交通を提供する上で不可欠だと考えています。VLRプロジェクトの第2フェーズでは、18メートル長のディーゼル・バッテリーハイブリッドデモ車両が2020年にテスト用に完成予定です。

超軽量鉄道（VLR）デモ車両は、一体型ディーゼル・バッテリーハイブリッド推進システムと、編組複合材チューブ製軽量シャーシを持つ18メートル長のボギーです。出典：ウォーリック大学。

Revolution VLRの創設メンバーであるウォーリック大学WMGが、このデモVLR車両用の炭素繊維強化プラスチック（CFRP）フレームを開発しました。WMGは、国立自動車イノベーションセンター、材料工学センター、ナノコンポジット製造国際研究所などの取り組みを通じて長年複合材を支援してきました。この「BRAINSTORM VLR」プロジェクトのパートナーには、TDI、英国政府のInnovate UK（複合材に資金提供）、軽量構造複合材部品開発のFar Composites、Composite Braidingが含まれます。フレームは、接着剤接合と簡易溶接で容易に組立可能な編組熱可塑性複合材チューブのシリーズで構成されています。

VLRプロトタイプ/デモ車両は、接着剤接合と簡易溶接で容易に組立可能な編組炭素繊維強化熱可塑性複合材チューブ製スペースフレームシャーシを使用します。出典：ウォーリック大学。

チューブ外径は統一し、異なる荷重と取り付け要件には壁厚を変えて対応します。これにより工具コストを低く抑え、接合を標準化できます。編組は、補強材だけで1日1マイル以上という高度に自動化された製造プロセスを可能にし、ガラス繊維、アラミド、熱可塑性繊維など他の繊維や、低コストポリプロピレンから高性能ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）までの熱可塑性マトリックス材料を調整可能です。一方、WMGは完全な成形サイクルを5分未満に短縮できることを実証し、この手頃なプロセスの大量生産用途への可能性を示しました。

Far-UKのエンジニアリングマネージャー、デビッド・グッドウィン氏によると、熱可塑性材料はリサイクル性も提供します。「複合材なら大幅な軽量化が可能で、鉄道車両の運用に明確なメリットがありますが、従来の複合材では車両寿命末期に単純に埋め立て処分されるだけで理想的ではありません。この設計なら、車体が最終的に退役した際にリサイクルルートが確保できます。あるいは、衝撃で一部が損傷した場合でも修理・交換が可能です。」

ウォーリック大学

チューブラー・スペースフレーム・シャーシ設計もこのアプローチを支援し、損傷したチューブを新品や修理品と簡単に交換できます。「BRAINSTORM VLR研究パートナーシップは、VLRサービスがより多くの乗客を収容しつつ、車両推進に必要なエネルギーとレール・路面への重量ストレスを低減できる大幅な軽量化を達成しました」と、ウォーリック大学WMGの材料・製造准教授ダレン・ヒューズ博士は説明します。「この技術は、長寿命でタフ、事故時の修理が容易、乗客を守る十分な強度を確保します。」

「BRAINSTORMプロジェクトはFar Compositesチームにとって真の前進のように感じられます」と、Far-UKディレクター兼ゼネラルマネージャーのリンドン・サンダース氏。「TDIの業界経験を活かして大量輸送用の新しいボディ構造の原理を磨き上げられたことは素晴らしかった。それにComposite BraidingとWMGの協働で、それを物理的なデモ機として具現化し、実践での姿を見せられたことは本当に力強かった。今やそれは単なる良いアイデアではなく、業界関係者が見て、触れて、持ち上げられる『目覚まし』となっています。」