In this study, wind tunnel test were conducted to improve an aerodynamic performance of HEMU400X pantograph system with 4 types of pantograph housing models. Experimental models were 1/4 scaled pantograph system, 1/4 scaled ground plate which is scaled down to real roof shape of HEMU-400x, and 4 typ...
In this study, wind tunnel test were conducted to improve an aerodynamic performance of HEMU400X pantograph system with 4 types of pantograph housing models. Experimental models were 1/4 scaled pantograph system, 1/4 scaled ground plate which is scaled down to real roof shape of HEMU-400x, and 4 types of pantograph housing models. The free stream of wind tunnel were 20, 40, 60, 70m/s. The lift and drag forces were measured with 2-axis load cell. And, Total pressure were measured with rake in the wake region of panhead. In addition, Surface flow visualization by tufts were performed to know flow characteristics around pantograph housing. According to the results of force tests and surface visualizations, pantograph housing shape is important part because the shape affects to pantograph system. Therefore, it is considered that adaption of pantograph housing is more advantageous to decrease drag and acoustic noise.
In this study, wind tunnel test were conducted to improve an aerodynamic performance of HEMU400X pantograph system with 4 types of pantograph housing models. Experimental models were 1/4 scaled pantograph system, 1/4 scaled ground plate which is scaled down to real roof shape of HEMU-400x, and 4 types of pantograph housing models. The free stream of wind tunnel were 20, 40, 60, 70m/s. The lift and drag forces were measured with 2-axis load cell. And, Total pressure were measured with rake in the wake region of panhead. In addition, Surface flow visualization by tufts were performed to know flow characteristics around pantograph housing. According to the results of force tests and surface visualizations, pantograph housing shape is important part because the shape affects to pantograph system. Therefore, it is considered that adaption of pantograph housing is more advantageous to decrease drag and acoustic noise.
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문제 정의
본 연구에서는 차세대 고속전철(HEMU-400X) 팬터그래프 시스템의 공력성능 개선을 위해 다양한 형상의 팬터그래프 커버를 이용하여 팬터그래프 커버가 팬터그래프에 어떤 영향을 미치는지 풍동실험을 통하여 알아보았다.
본 연구에서는 팬터그래프 커버형상이 팬터그래프에 어떠한 공기역학적 영향을 미치는지 알아보기 위해 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험은 공군사관학교 중형 아음속 풍동에서 수행되었다.
본 연구에서는 팬터그래프의 공기역학적 성능을 개선하기 위해 다양한 형상의 팬터그래프 커버(하우징)를 적용하여 팬터그래프에 미치는 양력과 항력을 측정하였고 팬헤드 후류 특성을 알아보기 위해 전압분포를 측정하였다. 실험결과 팬터그래프 커버형상에 의해 팬터그래프의 공기역학적 특성이 영향을 받는 것을 확인하였으며 팬터그래프의 공력성능 향상을 위해서 팬터그래프 커버를 적용하는 것이 더공력적으로 유리함을 확인하였으며 다음과 같이 정리할 수 있다.
본 연구에서는 팬터그래프의 공기역학적 성능을 개선하기 위해 다양한 형상의 팬터그래프 커버(하우징)를 적용하여 팬터그래프에 미치는 양력과 항력을 측정하였고 팬헤드 후류 특성을 알아보기 위해 전압분포를 측정하였다. 실험결과 팬터그래프 커버형상에 의해 팬터그래프의 공기역학적 특성이 영향을 받는 것을 확인하였으며 팬터그래프의 공력성능 향상을 위해서 팬터그래프 커버를 적용하는 것이 더공력적으로 유리함을 확인하였으며 다음과 같이 정리할 수 있다.
가설 설정
- 팬터그래프 시스템에 있어서 팬터그래프 커버의 적용은 팬터그래프 커버를 장착하지 않은 경우보다공력적으로 더 유리하다.
- 팬터그래프 커버에서 박리된 흐름은 팬터그래프 시스템에 큰 영향을 주기 때문에 이 영향을 최소화하여야 한다.
제안 방법
01%이다. 측정된 전압데이터는 40초동안의 평균값을 사용하였으며 측정위치는 팬헤드의 중심을 기준으로 X축은 100, 150, 250, 450mm, Y축은-100~100mm로 10mm 간격으로 측정하였다.
데이터 측정은 1kHz로 20초 동안 평균한 값을 사용하였다. 팬터그래프 커버 형상에 따른 팬헤드의 후류특성을 알아보기 위해 팬헤드 후방에서 전압(Total pressure)을 측정하였다.
본 연구에서는 팬터그래프 커버형상이 팬터그래프에 어떠한 공기역학적 영향을 미치는지 알아보기 위해 풍동실험을 수행하였다. 풍동실험은 공군사관학교 중형 아음속 풍동에서 수행되었다. 공군사관학교아음속 풍동의 시험부의 크기는 3.
대상 데이터
7m(L)이다. 시험 유속은 20, 40, 60, 70m/s이며 레이놀즈수는 실험모델의 전면적 0.1134m2을 기준으로 155,000~550,000이다. 다음 그림 1은 팬터 그래프 시스템의 축소실험모델과 지면판을 풍동의 시험부에 장착한 사진이다.
실험모델은 HEMU-400X에 사용될 팬터그래프의 1/4스케일 팬터그래프이고 팬헤드, 상부암, 하부암으로 구성되어 있다. 실험모델의 높이는 275mm, 길이는 640mm이며 무게는 5.
실험모델은 HEMU-400X에 사용될 팬터그래프의 1/4스케일 팬터그래프이고 팬헤드, 상부암, 하부암으로 구성되어 있다. 실험모델의 높이는 275mm, 길이는 640mm이며 무게는 5.5kg으로 알루미늄과 스틸로 제작되었다. blockage ratio는 2%미만으로 본 실험에서는 상대적으로 매우 작기 때문에 blockage에 대한 보정은 생략하였다.
지면판 모델 역시 HEMU-400X의 지붕형상으로 1/4 스케일 모델로 제작되었으며 크기는 4.5m(L)×0.55m(W)×0.2m(H)이다.
데이터처리
5%의 정확도를 갖는다. 측정된 힘은 NI사의 PCI-6110을 장착하고 있는 다기능 DAQ 시스템으로 전송되어 처리 저장되고 데이터처리를 위해 LABVIEW s/w를 이용하였다. 데이터 측정은 1kHz로 20초 동안 평균한 값을 사용하였다.
성능/효과
그림 4~5는 팬터그래프의 양력과 항력결과이다. 실험결과 팬터그래프 커버를 장착하는 것이 팬터그래프 커버를 장착하지 않은 경우보다 팬터그래프 시스템의 양력과 항력이 감소함을 확인하였다. 이것은 팬터그래프 커버로 인해 팬터그래프 시스템에 작용하는 유동의 면적이 감소하였기 때문이다.
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