[논문]한국형 틸팅 열차 주위 유동장 수치 해석

윤수환; 김태윤; 고태환; 권혁빈; 이동호

한국형 틸팅 열차 주위 유동장 수치 해석
The Numerical Analysis off the Flow-field Around the Korean Tilting Train Express 원문보기

한국철도학회 논문집 = Journal of the Korean Society for Railway, v.7 no.3 = no.24, 2004년, pp.193 - 199

윤수환 (서울대학교 기계항공공학부) , 김태윤 (서울대학교 기계항공공학부) , 고태환 (한국철도기술연구원) , 권혁빈 (한국철도기술연구원) , 이동호 (서울대학교 기계항공공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Numerical analysis of aerodynamic characteristics was differently performed according to the running situation of the Korean Tilting Train eXpress(TTX) that would be introduced for an improvement in efficiency of the used railroad track. Fluent 6.0 was used for the analysis of Non-tilting case, Tilting case and Passing-by case with the model of TTX. As a result, the aerodynamic drag had little difference between Tilting and Non-tilting case. However, pressure contour under the train of Tilting case was not symmetry because the gap between a train and the ground was different at both sides. In Passing-by case attraction and counterattraction occurred alternately and affected to the opposite train. When two trains were side by side, the maximum attraction was generated especially. Through an analysis of pressure wave in tunnel a large variation of pressure was generated by the bluff nose of TTX. The results in this study would be good data for the aerodynamic characteristic on TTX and provide important information to judgment of running safety.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

특히, 틸팅차량은 주행하면서 상하좌우로 대차를 움직여야 하므로, 시제차량의 공력특성 해석은 안전성 측면에서 반드시 선행되어야 한다. 따라서 본 논문에서는 현재 개발 중인 한국형 틸팅차량(TTX)의 형상 모델을 이용하여 여러 주행 환경에 따라 나타는 공력 현상 파악에 중점을 두었다. 이를 위해서 공력해석 상용 프로그램인 Fluent[l]를 사용하여 개활지 일반 주행과 곡선 구간의 틸팅 주행 그리고 개활지에서의 일반교행 및 틸팅교행을 해석하였다.
본 연구에서는 개발 중인 한국형 틸팅차랑<TTX)의 주행 상황에 따른 공력특성을 해석하였다. 단독 주행 시 열차에 작용하는 힘은 저항 측면에서는 일반 주행과 틸팅 주행에 큰 차이가 없는 반면, 열차 하부의 압력장 변동으로 인하여 원심력을 상쇄하는 방향으로 측력이 발생하였다.

제안 방법

7m)로 구성하였으며, 열차 바퀴나 레일과 같은 복잡한 구조물에 대하여는 고려하지 않았다. 경계조건은 Inlete 열차 속도인 180km/h로 설정하고, 열차의 진행 효과를 모사하기 위하여 지면은 열차에 대해 180km/h의상대 속도를 가지는 moving wall로 처리하였다.
8과 같이 전두부와 후미부를 모두 갖춘 2량(40m)를 각각 1개 block씩 총 2개의 block으로 구성하였다. 그리고 선로 간격은 2.2m, 초기 열차 전두 부 사이 간격은 100m로 하여 각각의 block이 time step마다 열차 속도만큼 진행 방향으로 이동하면서 해석하는 Sliding mesh를 사용하였다.
격자 생성은 복잡한 3D 형상에 효율적인 Tetrahedral/Hybrid mesh scheme을 이용하였다. 열차 형상은 개발 중인 틸팅차량(TTX)의 model 형상을 고려하였으며, 곡선 구간에서의 틸팅 효과를 알아보기 위하여 실제 선로의 회전 곡률 반경(600m)을 고려하여 열차를 6틸팅 시킨 경우(36m, 54m)와 선로의 곡률을 무시한, 열차의 틸팅 효과만을 고려한 경우(14.5m)에 대한 격자를 각각 생성하였다. Fig.
이를 위해서 공력해석 상용 프로그램인 Fluent[l]를 사용하여 개활지 일반 주행과 곡선 구간의 틸팅 주행 그리고 개활지에서의 일반교행 및 틸팅교행을 해석하였다. 열차/터널 상호작용 해석 프로그램[2]을 사용하여 틸팅차량이 터널 주행 시 발생하는 터널 내 압력 변동에 대한 해석을 수행하였다. 본 연구의 결과는 앞으로 개발될 한국형 틸팅 차량 (TTX)의 공력효율 및 성능 향상을 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 틸팅차량의 주행 안전성 판단의 자료 및 소음방 지를 위한 방음벽 설치 등에 대한 자료로 활용될 수 있다.
따라서 본 논문에서는 현재 개발 중인 한국형 틸팅차량(TTX)의 형상 모델을 이용하여 여러 주행 환경에 따라 나타는 공력 현상 파악에 중점을 두었다. 이를 위해서 공력해석 상용 프로그램인 Fluent[l]를 사용하여 개활지 일반 주행과 곡선 구간의 틸팅 주행 그리고 개활지에서의 일반교행 및 틸팅교행을 해석하였다. 열차/터널 상호작용 해석 프로그램[2]을 사용하여 틸팅차량이 터널 주행 시 발생하는 터널 내 압력 변동에 대한 해석을 수행하였다.
틸팅차량이 교행 시 일어나는 공력특성 변화를 알아보기 위해서 Fig. 8과 같이 전두부와 후미부를 모두 갖춘 2량(40m)를 각각 1개 block씩 총 2개의 block으로 구성하였다. 그리고 선로 간격은 2.

대상 데이터

틸팅차량(TTX)의 공력특성을 알아보기 위해서 14.5m, 36m(2량), 54m(3량)의 길이의 차량에 대해서 각각 격자를 생성하였다. 격자 생성은 복잡한 3D 형상에 효율적인 Tetrahedral/Hybrid mesh scheme을 이용하였다.

이론/모형

TTX의 터널 진입 시 발생하는 공력 현상을 해석하기 위하여 권혁빈이 개발한 열차/터널 상호작용 프로그램을 이용하였다[6]. Fig.
5m, 36m(2량), 54m(3량)의 길이의 차량에 대해서 각각 격자를 생성하였다. 격자 생성은 복잡한 3D 형상에 효율적인 Tetrahedral/Hybrid mesh scheme을 이용하였다. 열차 형상은 개발 중인 틸팅차량(TTX)의 model 형상을 고려하였으며, 곡선 구간에서의 틸팅 효과를 알아보기 위하여 실제 선로의 회전 곡률 반경(600m)을 고려하여 열차를 6틸팅 시킨 경우(36m, 54m)와 선로의 곡률을 무시한, 열차의 틸팅 효과만을 고려한 경우(14.
본 연구는 3차원 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 지배 방정식으로, 표준K-ε 난류 모델링을 사용하였다. 정상 해석에서는 Segregated-implicity, 비정상 해석에서는 Coupled- implicity를 Solver로 각각 사용하였다 [4].
본 연구는 3차원 비압축성 Navier-Stokes 방정식을 지배 방정식으로, 표준K-ε 난류 모델링을 사용하였다. 정상 해석에서는 Segregated-implicity, 비정상 해석에서는 Coupled- implicity를 Solver로 각각 사용하였다 [4].

성능/효과

14는 시간에 따른 열차와 압축파/팽창파의 상대적 위치를 나타낸 그래프이다. x=50m 지점, 2초 근처에서는 열차터널 진입으로 생성된 압축파의 터널 출구에서 반사된 팽창파와 열차와의 상호작용으로 매우 낮은 음압장이 형성되는 것을 확인할 수 있다.

후속연구

열차의 속도 향상 및 틸팅 주행은 열차 주위의 유동장에 많은 영향을 미치고, 이는 주행 효율, 안정성 및 소음 등의 문제점들을 수반하게 된다. 또한 기존의 저속철도 시스템(새마을), 고속시스템(G7)과 함께 준 속(TTX) 철도 시스템을 구축할 수 있다면 21세기 철도강국으로 부상할 수 있을 것이다.
터널 주행에서는 TTX 차량의 뭉툭한 전두부 형상과 기존 선의 낮은 터널 단면 적으로 인하여 터널 내부에서 높은 압력 변화가 수반되며, 이는 열차 내부 승객의 승차감과 차량에 구조적 피로를 가중시킬 수 있다. 또한 이런 높은 압력 변화는 TTX가 100km/h 주행시 터널 출구에서 약lOldB의 높은 충격성 소음이 예측되므로 이를 저감할 수 있는 대책을 마련해야 할 것이다.
열차/터널 상호작용 해석 프로그램[2]을 사용하여 틸팅차량이 터널 주행 시 발생하는 터널 내 압력 변동에 대한 해석을 수행하였다. 본 연구의 결과는 앞으로 개발될 한국형 틸팅 차량 (TTX)의 공력효율 및 성능 향상을 위한 기초자료로 활용될 수 있으며, 틸팅차량의 주행 안전성 판단의 자료 및 소음방 지를 위한 방음벽 설치 등에 대한 자료로 활용될 수 있다.

참고문헌 (8)

Fluent Inc., FLUENT & GAMBIT user's manual
윤수환, 김태윤, 권혁빈, 이동호, '한국형 틸팅 차량의 공력 특성해석', 한국철도학회 춘계학술대회, 2004.
박춘수, 서승일, 김기환, 이억재, '고속열차가 테널내에서 받는 압력변동 특성 분석', 한국철도학회 춘계학술대회, 2004
고속 전철 기반기술 개발사업 - 공력 설계 및 해석 기술 개발 , 2단계 1, 2, 3 차년도 보고서
기존선 속도 향상 실용 기술 개발 - 시스템 통합 및 연개 기술 개발, 1, 2 차년도 보고서
권혁빈, 김태윤, 권재현, 이동호, 김문상, 'G7 시제 차량의 테널 내부 압력파에 대한 수치 해석', 한국 철도 학회지, 2002년 12월호 제5권 4호, pp.260-266
Ogawa, T. and Fujii, K., 'Aerodynamics of high speed trains passing by each other', Comp & Fluids, Vo1.24, No.8, pp. 897-908, 1995
Ogawa, T. and Fujii, K., 'Numerical Investigation of Threedimensional Compressible Flows induced by a Train moving into a Tunnel', Computer and Fluids, Vo1.26, No.6, pp.565-585, 1997

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

한국형 틸팅 열차 주위 유동장 수치 해석
The Numerical Analysis off the Flow-field Around the Korean Tilting Train Express 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

한국형 틸팅 열차 주위 유동장 수치 해석 The Numerical Analysis off the Flow-field Around the Korean Tilting Train Express 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (8)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김태윤 (7) 고태환 (11) 권혁빈 (40) 이동호 (69)

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

한국형 틸팅 열차 주위 유동장 수치 해석
The Numerical Analysis off the Flow-field Around the Korean Tilting Train Express 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper