Treno proiettile giapponese: come un martin pescatore ha contribuito ad ottimizzarne la forma

Risale solamente ad un paio di mesi fa l’uscita del film “Bullet Train” nelle sale cinematografiche italiane. Il titolo del film fa riferimento al principale sfondo in cui si svolgono le vicende che vedono protagonisti Brad Pitt e Joey Linn King, ossia i treni proiettile giapponesi. Considerata a buon diritto una delle caratteristiche distintive del paese del Sol Levante, la linea ferroviaria ad Alta Velocità giapponese è la più antica al mondo. E può essere considerata a buon diritto la genitrice di tutte le moderne linee AV presenti nel mondo e di tutti i progetti avveniristici (come MagLev o Hyperloop).

Ideata a partire dagli anni ’30 del secolo scorso, la linea ferroviara AV giapponese incontra nel corso dei decenni molte difficoltà prima di vedere la luce. Fra difficoltà orografiche, eccessiva complessità tecnica ed il secondo conflitto mondiale di mezzo, il governo nipponico approva il progetto solamente a fine anni ’50. E bisogna aspettare quasi altri 10 anni per l’inaugurazione, avvenuta nel 1964, in concomitanza con le Olimpiadi ospitate in casa a Tokyo.

Da quel periodo in poi la linea ferroviaria AV giapponese contrinua a crescere e a migliorarsi sempre più velocemente, facendo scuola in tutto il mondo. Dagli iniziali 210 km/h di velocità di punta si è arrivati agli attuali 320, con un livello di tecnologia ed efficienza fra i migliori al mondo. Eppure, non tutti sanno che gli Shinkansen (termine giapponese con cui si indicano i treni proiettile, anche se in realtà questo indica la rete ferroviaria nazionale AV) fino agli anni ’90 presentavano un problema di sonic boom all’uscita dalle gallerie non di poco conto. Il modo in cui l’aerodinamica del treno viene migliorata è molto curioso, e prende spunto (come spesso accade) dal meraviglioso mondo naturale.

Il problema aerodinamico del treno proiettile giapponese

A partire dai primi prototipi, i treni proiettile giapponesi hanno visto molte evoluzioni della propria forma, direttamente correlabile alla massima velocità raggiungibile. Inizialmente le forme sono poco aerodinamiche, conseguentemente la resistenza all’avanzamento è tale per cui le velocità massime non sono elevatissime. Negli anni ’90 arriva una prima svolta in questo senso, con l’adozione di una forma del muso “a proiettile” (una delle ragioni del nome di questi treni), con cui tagliare efficacemente l’aria e ridurne la resistenza.

Le velocità di punta dei treni sono ora molto alte, al punto tale che paradossalmente in alcune situazioni risultano quasi eccessive. Come nel caso dell’uscita dalle gallerie, in corrispondenza delle quali il transito dei bullet train produce un forte boom sonico rimbombante, simile ad uno sparo. Un rumore che genera disagio fra i passeggeri e anche nell’ambiente circostante, disturbando chi abita nelle circostanze e la fauna selvatica locale. La situazione diventa sempre più insostenibile, bisogna intervenire risolvendo il problema per non rischiare uno stop nel progresso tecnologico del trasporto AV giapponese.

Tecnici ed ingegneri si mettono al lavoro per cercare di capire quale sia la causa di questo sonic boom. Dopo un lungo studiare, si arriva finalmente a determinare quale sia il problema: il boom ha a che fare con la forma del muso del treno. Il treno proiettile, quindi, deve abbandonare l’omonimo profilo che lo caratterizza, reo di causare il fastidioso suono allo sbocco dei tunnel.  

Ma cosa accade, di preciso? La particolare forma del muso del treno, all’imbocco di una galleria, determina un accumulo anteriore di aria, che genera un’onda sonora nel tunnel fino allo sbocco. In corrispondenza dell’uscita dalla galleria, ecco il boom.

Il becco del martin pescatore che ispira l’odierno bullet train

In un mondo in cui gli scienziati utilizzano le migliori idee della natura e imitano progetti e processi naturali per risolvere i problemi umani, nel caso del bullet train giapponese un martin pescatore può ispirare la soluzione vincente. Questo è esattamente quanto successo nel paese del Sol Levante alla fine degli anni ’90, e la soluzione trovata si definisce biomimetica. Questa disciplina utilizza la natura per trovare soluzioni applicabili ai problemi umani più disparati.

Nel caso specifico, tecnici ed ingegneri iniziano a studiare nuovi profili aerodinamici per i bullet train, in modo da superare i problemi sonori sopra detti. Caso vuole che uno degli ingegneri del team che cerca di risolvere il problema sia un birdwatcher, e durante una delle sue esplorazioni ha osservato un fatto curioso. Nota infatti un piccolo uccello di mare, il martin pescatore, intento in una battuta di caccia e decide di immortalare il momento.

Il martin pescatore ha una tecnica di caccia molto particolare, tuffandosi interamente nell’acqua in picchiata alla ricerca di piccoli pesci. Nel fare ciò, l’ingegnere osserva che l’ingresso in acqua dell’uccello provoca pochissimi schizzi. L’attenzione ricade sulla forma del becco dell’uccello, lungo, affilato ed appuntito, perfetto per penetrare nell’acqua senza creare turbolenze. Grazie all’aggiuntiva proprietà di avere un diametro costantemente crescente dalla punta alla base, il becco del martin pescatore risulta molto efficiente aerodinamicamente.

Così modellano il muso del treno come il becco del martin pescatore, con una parte appuntita proprio come il becco dell’uccellino. Una volta realizzato, il nuovo bullet train viene appositamente testato in galleria, senza creare il fastidioso boom sonico. Con un risparmio del 10-15% di energia perché più aerodinamico.

Insomma, la natura non finisce mai di stupire e di insegnare!