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문제 정의
- 본 논문에서는 한국형 고속열차의 주행저항을 3년여에 걸친 시운전 시험 과정에서 획득된 타행 데이터의 분석을 통해 타행 운전에 따라 발생하는 감속도를 이용하여 추정 하였으며, 터널, 곡선 등이 주행저항에 미치는 영향을 검토 하였다.
제안 방법
- (1) 타행시험을 통해 한국형 고속열차 시제차량에 대한 주 행저항을 구하였고, 이를 회귀곡선식으로 개활지와 터 널에 대해 구분하여 제안하였다.
- (4) 선로 및 선로주변의 조건의 변화가 열차의 주행저항에 미치는 영향을 분석하였다. 열차의 주행저항에 대해 터 널은 공기저항의 효과로 고속에서 크게 큰 영향을 미침을 알 수 있었다.
- 터널이 열차의 주행저항에 미치는 영향을 파악하기 위해 이들 데이터를 터널과 개활지로 분류시킨다. 다른 운전조건에서도 타행시험을 실시하고 각 조건에 따른 평균 가속도와 평균 주행속도 데이터를 터널과 개활지로 분 류하여 수집한다. 터널과 개활지에 대해 수집된 데이터를 이용하여 평균 가속도와 평균 주행속도의 회귀곡선을 구한다.
- 또한, 개발된 고속철도 기술의 실용화를 위해 시제열 차의 안정성과 신뢰성을 확보하기 위한 시운전시험이 광명- 동대구, 광명-목포 구간에서 진행되어 2005년 4월 현재 총 179회, 약 71,000km의 거리를 주행 완료하였다. 시제차량 에 대한 설계입증을 위해 주행성능, 대차주행성능, 차체진 동성능, 제동성능, 주행저항 등이 포함된 16개의 성능시험 이 진행되었다[2-4].
- 5Hz 저주파 통과 필터(low- pass filter) 사용한다. 이 필터링된 주행속도로부터 열차의 관성력에의해 발생하는 가속도를 구하고 구배효과에 대해 보정을 한 후에 100m 간격마다 평균 가속도와 평균 주행속 도를 계산한다. 터널이 열차의 주행저항에 미치는 영향을 파악하기 위해 이들 데이터를 터널과 개활지로 분류시킨다.
- 다른 운전조건에서도 타행시험을 실시하고 각 조건에 따른 평균 가속도와 평균 주행속도 데이터를 터널과 개활지로 분 류하여 수집한다. 터널과 개활지에 대해 수집된 데이터를 이용하여 평균 가속도와 평균 주행속도의 회귀곡선을 구한다. 이 회귀곡선을 이용하여 식 (2)로 표시되는 HSR-350X의 주행저항을 구한 후에 이를 이용한 시뮬레이션을 실시하여 열차의 주행속도와 이동거리를 실제 측정한 결과와 비교하여 열차의 주행저항의 타당성을 검증한다.
- 특정구간에서 HSR-35OX가 타행으로 운전될 때에 측정된 결과(열차의 주행속도와 이동거리)와 식 (3)과 식 (4)로 표현 되는 열차의 주행저항을 이용하여 동일한 특정구간에서 타 행 운전되는 조건의 시뮬레이션을 수행하여 구해진 결과를비교하여 타행시험을 통해 구해진 HSR-350X의 주행저항에 대한 타당성을 검증하였다.
대상 데이터
- 타행시험은 경부고속철도가 운영되고 있는 영업선로인 KP 28-KP 145 지점에서 진행되었으며, 이 구간에는 21개의 터널과 11개의 곡선부가 설치되어 있고 상행선과 하행선 이 다른 선로로 구성되어 있다. Fig.
- 한국형 고속열차의 주행저항의 추정을 위한 타행시험은 Fig. 1과 같이 경부고속선로의 KP 28-KP 145 지점에서 진 행되었다. 이때 열차의 주행속도는 Fig.
데이터처리
- (2) 제안된 회귀곡선을 사용하여 타행시험을 통해 획득된 계측결과와 동일 조건에서 해석된 결과의 비교 분석을 통해 주행저항식의 타당성을 검증하였다. 해석결과와 계측결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다.
- 터널과 개활지에 대해 수집된 데이터를 이용하여 평균 가속도와 평균 주행속도의 회귀곡선을 구한다. 이 회귀곡선을 이용하여 식 (2)로 표시되는 HSR-350X의 주행저항을 구한 후에 이를 이용한 시뮬레이션을 실시하여 열차의 주행속도와 이동거리를 실제 측정한 결과와 비교하여 열차의 주행저항의 타당성을 검증한다.
이론/모형
- 2는 타행시험을 통해 획득된 열차의 주행속도로부터 HSR-350x의 주행저항을 계산하는 흐름도이다. 열차의 주 행속도와 주행거리 데이터를 계측시스템으로 부터 측정한 후 순간 가속도를 계산하는 동안 발생하는 오차를 방지하기 위하여 열차의 주행속도를 1.5Hz 저주파 통과 필터(low- pass filter) 사용한다. 이 필터링된 주행속도로부터 열차의 관성력에의해 발생하는 가속도를 구하고 구배효과에 대해 보정을 한 후에 100m 간격마다 평균 가속도와 평균 주행속 도를 계산한다.
성능/효과
- Fig. 11과 Fig. 12의 결과로 타행 운전에 대한 해석결과가 동일 조건을 갖는 계측결과와 잘 일치함을 확인하였다. 따라서, 타행시험과 주행저행의 계산을 통해 획득된 HSR- 350x에 대한 주행저항식이 잘 유도된 것으로 판단된다.
- 12의 결과로 타행 운전에 대한 해석결과가 동일 조건을 갖는 계측결과와 잘 일치함을 확인하였다. 따라서, 타행시험과 주행저행의 계산을 통해 획득된 HSR- 350x에 대한 주행저항식이 잘 유도된 것으로 판단된다.
- (4) 선로 및 선로주변의 조건의 변화가 열차의 주행저항에 미치는 영향을 분석하였다. 열차의 주행저항에 대해 터 널은 공기저항의 효과로 고속에서 크게 큰 영향을 미침을 알 수 있었다. 그러나, 선로의 곡선부나 트랙의 차이에 대한 영향은 거의 없음이 확인되었다.
- (2) 제안된 회귀곡선을 사용하여 타행시험을 통해 획득된 계측결과와 동일 조건에서 해석된 결과의 비교 분석을 통해 주행저항식의 타당성을 검증하였다. 해석결과와 계측결과가 잘 일치함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- (3) 제안된 주행저항식이 설계단계에서 제시된 주행저항식 과 거의 일치하므로 주행저항 관점에서 한국형 고속열 차의 시제차량이 적절한 설계와 제작이 이루어졌음을 확인할 수 있었고, 향후 다른 편성의 열차 제작 시 연결 차량의 증가 혹은 감소에 대한 영향을 고려하여 새로운 주행저항식의 도출에 활용할 수 있을 것이다.
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