차세대 동력분산형 고속열차(HEMU-430X)의 중량변화에 따른 가속능력 분석 The Analysis of Acceleration Performance Resulted by Weight Variation for HEMU-430X high-speed train the Korea's next-generation electric multiple unit train원문보기
국내 최초로 개발된 동력분산형 고속열차인 HEMU-430X의 최고속도시험 중 실시한 차량 중량과 가속성능간의 상관관계에 대해 보고한다. 차량의 출력을 일정하게 유지한 채, 차량에 중량물 설치 및 제거를 통해 전체 차량의 중량을 2% 변화시킬 때의 차량 가속성능을 분석한 결과, 시험 최고속도인 413km/h속도 영역에서는 중량이 가벼울 때 최고속도시험에 유리한 것으로 나타났다. 시험 종료 후, 시험 당시 0.1초 단위로 측정된 속도 데이터를 바탕으로 속도별 차량의 추진에 사용된 소비전력을 측정한 결과 차량의 견인력과 공기저항력이 같아져서 더 이상 추진이 되지 않는 균형속도는 419km/h로 산출이 되었으며, 이는 중량이 가벼울 때 가속이 유리하다는 시험 결과와 일치한다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 향후 HEMU-430X의 증속 시험에 활용할 계획이다.
국내 최초로 개발된 동력분산형 고속열차인 HEMU-430X의 최고속도시험 중 실시한 차량 중량과 가속성능간의 상관관계에 대해 보고한다. 차량의 출력을 일정하게 유지한 채, 차량에 중량물 설치 및 제거를 통해 전체 차량의 중량을 2% 변화시킬 때의 차량 가속성능을 분석한 결과, 시험 최고속도인 413km/h속도 영역에서는 중량이 가벼울 때 최고속도시험에 유리한 것으로 나타났다. 시험 종료 후, 시험 당시 0.1초 단위로 측정된 속도 데이터를 바탕으로 속도별 차량의 추진에 사용된 소비전력을 측정한 결과 차량의 견인력과 공기저항력이 같아져서 더 이상 추진이 되지 않는 균형속도는 419km/h로 산출이 되었으며, 이는 중량이 가벼울 때 가속이 유리하다는 시험 결과와 일치한다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 향후 HEMU-430X의 증속 시험에 활용할 계획이다.
This study reports the relationship between rollingstock weight and acceleration performance for HEMU-430X, the first electric multiple unit developed in Korea. While maintaining the consumed power, the total train weight was deliberately varied by 2%, by adding and removing weights, and the it was ...
This study reports the relationship between rollingstock weight and acceleration performance for HEMU-430X, the first electric multiple unit developed in Korea. While maintaining the consumed power, the total train weight was deliberately varied by 2%, by adding and removing weights, and the it was shown that the lighter train was found to have higher acceleration performance and hence better suited for maximum speed tests below the speed of 413km/h. According to the power consumption analysis based on the velocity data collected per 0.1 second, the balanced speed, when the traction force and air resistance become equal, was determined to be 419km/h for HEMU-430X, which is in agreement with tested result. It is expected that the analyses in this study will be utilized for the speed tests in the future.
This study reports the relationship between rollingstock weight and acceleration performance for HEMU-430X, the first electric multiple unit developed in Korea. While maintaining the consumed power, the total train weight was deliberately varied by 2%, by adding and removing weights, and the it was shown that the lighter train was found to have higher acceleration performance and hence better suited for maximum speed tests below the speed of 413km/h. According to the power consumption analysis based on the velocity data collected per 0.1 second, the balanced speed, when the traction force and air resistance become equal, was determined to be 419km/h for HEMU-430X, which is in agreement with tested result. It is expected that the analyses in this study will be utilized for the speed tests in the future.
국내최초로 동력분산형 추진시스템을 적용하여 개발되었고 2017년 상용화를 목표로 시험운행중인 HEMU-430X의 최고속도시험 시 중량변화와 가속성능의 상관관계에 대해서 논의하였다. 차량의 균형속도에 대한 정보가 부재한 상황에서 최고속도를 갱신하기 위한 방편의 일환으로 차량의 중량을 2%(5 톤) 변화시킬 때 차량의 가속성 능을 분석하였으며, 차량 중량이 가벼운 것이 가속에 유리한 것으로 나타났다.
제안 방법
[3] 하지만 다양한 공기저항 저감 노력에도 불구하고 300km/h 이상 구간에서의 공기저항력이 당초 예측했던 값보다 훨씬 더 크게 됨에 따라 최고속도 목표달성에 있어 어려움을 겪었다. [4] 이러한 상황에서 이러한 상황에서 최고속도를 갱신하는 방편의 하나로 차량의 중량변화를 고려했으며, 차량에 소비되는 전력을 일정하게 유지한 채 차량 내 중량물 설치 및 제거를 통해 차량의 중량을 약 2% 변화시킬 때 차량의 가속성능 변화에 대해 조사하였다. 또한 실제 주행시 측정된 속도 및 가속도 데이타를 바탕으로 소비전력 분석을 수행하였으며 이를 통해 HEMU-430X의 균형속도를 추출하였다.
대상 데이터
HEMU-430X의 구성은 Fig. 1에서 보듯이 6량 1편성, 즉 제어객차인 TC (Trailer car Controlled), 동력객차인 M1~M4 (Motor car), 제어동력차인 MC (Motor car Controlled)로 구성되어 있다. 각 차량당 2대의 독립대차가 연결되어 총 12대의 대차로 이루어져 있으며 TC를 제외한 5 차량에는 견인전동기(traction motor)가 차량당 4대씩 총 20대가 설치되어 있다.
성능/효과
차량의 균형속도에 대한 정보가 부재한 상황에서 최고속도를 갱신하기 위한 방편의 일환으로 차량의 중량을 2%(5 톤) 변화시킬 때 차량의 가속성 능을 분석하였으며, 차량 중량이 가벼운 것이 가속에 유리한 것으로 나타났다. 차량의 균형속도를 구하기 위해 시운전 후 측정시간대별로 차량의 가속도를 구하고 이를 바탕으로 계산한 소비전력 분석 결과 HEMU-430X의 균형속도는 419km/h로 산출이 되었으며, 이 결과는 중량이 가벼울 때 가속성이 유리하다는 가속 시험 결과와 일치한다. 향후 이 연구에서 밝힌 균형속도 및 중량에 따른 가속성능 분석결과를 바탕으로 경부고속선 및 호남고속선에서 계속될 증속시험에 활용할 계획이다.
국내최초로 동력분산형 추진시스템을 적용하여 개발되었고 2017년 상용화를 목표로 시험운행중인 HEMU-430X의 최고속도시험 시 중량변화와 가속성능의 상관관계에 대해서 논의하였다. 차량의 균형속도에 대한 정보가 부재한 상황에서 최고속도를 갱신하기 위한 방편의 일환으로 차량의 중량을 2%(5 톤) 변화시킬 때 차량의 가속성 능을 분석하였으며, 차량 중량이 가벼운 것이 가속에 유리한 것으로 나타났다. 차량의 균형속도를 구하기 위해 시운전 후 측정시간대별로 차량의 가속도를 구하고 이를 바탕으로 계산한 소비전력 분석 결과 HEMU-430X의 균형속도는 419km/h로 산출이 되었으며, 이 결과는 중량이 가벼울 때 가속성이 유리하다는 가속 시험 결과와 일치한다.
후속연구
이 결과에 따르면 Table 2에 정리된 바와 같이 중량이 다른 두 차량의 최고속도는 모두 균형속도 아래이기 때문에 Equation (1)에서와 같이 중량이 가벼운 것이 가속에 유리하다고 예측할 수 있으며 이는 시험결과와 일치한다. 본 연구에서 도출된 균형속도를 바탕으로 향후 최고속도 시험 시 중량변화를 통한 최고속도 기록갱신 방안에 대한 시험을 수행할 계획이다.
차량의 균형속도를 구하기 위해 시운전 후 측정시간대별로 차량의 가속도를 구하고 이를 바탕으로 계산한 소비전력 분석 결과 HEMU-430X의 균형속도는 419km/h로 산출이 되었으며, 이 결과는 중량이 가벼울 때 가속성이 유리하다는 가속 시험 결과와 일치한다. 향후 이 연구에서 밝힌 균형속도 및 중량에 따른 가속성능 분석결과를 바탕으로 경부고속선 및 호남고속선에서 계속될 증속시험에 활용할 계획이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동력분산식 추진시스템을 적용한 차량의 장점은 무엇인가?
기존 고속선 가운데 최고속도를 낼 수 있는 경로를 고려하여 최고속도시험 구간은 경부고속철도 2단계(동대구~부산)구간으로 선정하여 시운전을 수행하였다. 동력분산식 추진시스템을 적용한 차량은 구동축이 많아 점착력이 크고 가감속이 용이하여 곡선이나 기울기가 많고 역간거리가 짧은 우리나라 지형에 적합한 시스템이며, 추진장치가 분산됨에 따라 편성의 유연함도 가지고 있다. 또한 HEMU-430X는 알루미늄 압출재를 사용하여 KTX 대비 무게를 5% 줄였 으며, 공기역학적 해석을 통한 유선형 전두부 설계로 기존의 KTX차량과 비교할 때 300km/h속도에서 주행저항을 10%정도 저감하는 등 최첨단 기술이 응집된 고속열차라 할 수 있다.
국내 최초의 동력분산형 고속열차는 무엇인가?
국내 최초로 개발된 동력분산형 고속열차인 HEMU-430X의 최고속도시험 중 실시한 차량 중량과 가속성능간의 상관관계에 대해 보고한다. 차량의 출력을 일정하게 유지한 채, 차량에 중량물 설치 및 제거를 통해 전체 차량의 중량을 2% 변화시킬 때의 차량 가속성능을 분석한 결과, 시험 최고속도인 413km/h속도 영역에서는 중량이 가벼울 때 최고속도시험에 유리한 것으로 나타났다.
본 연구에서 HEMU-430X에 대한 실험 중에서 겪은 어려움은 무엇인가?
HEMU-430X는 세계4위에 해당하는 최고속도 430km/h를 목표로 제작이 되었다. [3] 하지만 다양한 공기저항 저감 노력에도 불구하고 300km/h 이상 구간에서의 공기 저항력이 당초 예측했던 값보다 훨씬 더 크게 됨에 따라 최고속도 목표달성에 있어 어려움을 겪었다. [4] 이러한 상황에서 이러한 상황에서 최고속도를 갱신하는 방편의 하나로 차량의 중량변화를 고려했으며, 차량에 소비되는 전력을 일정하게 유지한 채 차량 내 중량물 설치 및 제거를 통해 차량의 중량을 약 2% 변화시킬 때 차량의 가속성능 변화에 대해 조사하였다.
참고문헌 (10)
C. Jeon, Y. Kim, S. Kim, S. Kim, S. Choi and T. Park, "A Study on Tail Vibration Reduction xt Generation high-speed trainfor the Next Generation High Speed EMU", Journal of the Korean Society for Railway, vol. 15, no. 6, pp. 543-549. 2012 DOI: http://dx.doi.org/10.7782/JKSR.2012.15.6.543
S. Ryu, S. Kim, J. Hong, D. Song and Y. Guo, "Safety Evaluation of the Dynamic Behavior of HEMU-430X using the Accelerometers of UIC 518 OR, Journal of the Korean Society for Railway", vol. 23, no. 3, pp. 310-317, 2014
C. S. Park, S. Choi, I. Han, S. Kim, T. Lee and K. Kim, Analysis for Main Properties of basic characteristic of HEMU-400X, Proc. The Korean Society for Railway, 2009
H. Kwon, S. Kim and H. K. Oh, Assesment of the Running Resistance of a High-speed Train Using a Coasting Test, Journal of the Korean Society for Railway, vol. 17, no. 3, pp. 165-170, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.7782/JKSR.2014.17.3.165
T. Lee, C. Park, S. Choi, K. Kim, A study of the train performance simulation for Korean next Generation high-speed train, Proc. World Congress on Railway Research, 2011
S. Kim, S. Kim, C. Park, H. Oh, and C. Jeon, Development of Korean Next-Generation High-speed Railway, Japan-Korea Joint Symposium on Dynamics & Control, 2013
D. Choi, C. Jeon, H. Cho, S. Kim, The relationship between train weight and acceleration for the Korea's next-generation electric multiple unit train, Korea Railway Research Conference, pp. 470-474, 2013
Y. Ku, J. Rho, S. Yun, M. Kwak, K. Kim, H. Kwon and D. Lee, Optimal cross-sectional area distribution of a high-speed train nose to minimize the tunnel micro-pressure wave, Struct. Multidisc. Optim. vol. 42, no. 6, pp. 965-976, 2010. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s00158-010-0550-6
H. Cho, S. Kim, C. Jeon, T. Lee, S and Kim, Analysis of Power Consumption for Increasing Speed of HEMU-430X, The Korean Institute of Electrical Engineers, pp. 295-296, 2014
Mott Rochard and F. Schmid, A Review of Methods to Measure and Calculate Train Resistances, Proc. Instn. Mech. Engrs, vol. 214, pp. 185-199, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1243/0954409001531306
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