초록 ▼

본 연구에서는 레일방식 철도시스템의 500km/h 속도 돌파를 위한 핵심 기술로서 공기저항의 저감 기술과 점착력 향상 기술을 개발하였다. 고속열차의 공기저항을 정량적으로 평가하기 위한 풍동시험 및 전산유체역학을 이용한 수치해석 기법을 개발하고, 이를 이용하여 HEMU-430X 고속열차의 공기저항 성분을 분석하고 형상변화를 통한 공기저항 저감 방안을 도출하였다. 또한, 플라즈마를 이용한 공기저항 저감 기법 등 능동형 공기저항 저감 기술의 기술 개념을 도출하고 모형 시험을 통하여 타당성을 살펴보았다. 점착력 측정을 위한 축소모형 시험기

본 연구에서는 레일방식 철도시스템의 500km/h 속도 돌파를 위한 핵심 기술로서 공기저항의 저감 기술과 점착력 향상 기술을 개발하였다. 고속열차의 공기저항을 정량적으로 평가하기 위한 풍동시험 및 전산유체역학을 이용한 수치해석 기법을 개발하고, 이를 이용하여 HEMU-430X 고속열차의 공기저항 성분을 분석하고 형상변화를 통한 공기저항 저감 방안을 도출하였다. 또한, 플라즈마를 이용한 공기저항 저감 기법 등 능동형 공기저항 저감 기술의 기술 개념을 도출하고 모형 시험을 통하여 타당성을 살펴보았다. 점착력 측정을 위한 축소모형 시험기를 제작하고, 이를 이용하여 산화 알루미늄 기반의 증점착재를 개발하였으며, 전자기력과 공력을 이용한 점착력 향상 기술에 대한 연구도 수행하였다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 보고서 요약서 ... 5
• 요약문 ... 7
• Contents ... 10
• 목차 ... 11
• 표목차 ... 16
• 그림목차 ... 18
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 27
• 제1절 연구의 목적 ... 27
• 1. 연구 배경 ... 27
• 2. 필요성 ... 28
• 가. 공기저항 저감 기술 ... 28
• 나. 점착력 향상 기술 ... 29
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 32
• 제1절 공기저항 저감기술 ... 32
• 제2절 점착특성 개요 및 국내 기술현황 ... 34
• 1. 철도의 점착특성 개요 ... 34
• 2. 국내 기술 현황 ... 35
• 3. 점착특성 관련 국외 기술현황 ... 37
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과(공기저항 저감 분야) ... 59
• 제1절 공기저항 평가기술 개발 ... 59
• 1. 서론 ... 59
• 2. 축소모형 풍동시험 ... 60
• 가. 공기저항 측정시스템 ... 60
• 나. 시험 모델 ... 67
• 다. 시험 설비 ... 71
• 라. 시험 조건 ... 75
• 마. 시험 결과 ... 84
• 3. 전산유체 해석 ... 101
• 가. 서론 ... 101
• 나. 수치해석 기법 ... 101
• 다. 수치해석 결과 ... 103
• 4. 공기저항 성분 분석 ... 108
• 5. 결론 ... 109
• 제2절 플라즈마 유동제어를 통한 공기저항 저감 기술 ... 110
• 1. 유연성 플라즈마 액츄에이터 개발 ... 110
• 가. 유연성 플라즈마 액츄에이터 ... 110
• 나. 유연성 플라즈마 액츄에이터 유전체 선정 ... 111
• 다. 플라즈마 액츄에이터 성능시험 ... 111
• 라. 플라즈마 액츄에이터 유속성능 ... 112
• 2. 플라즈마 시스템 및 풍동시험 ... 113
• 가. 3차원 고속철도 모델의 플라즈마 액츄에이터 설치 ... 113
• 나. 고속철도 모델의 풍동시험을 위한 지면판 설계 및 모델 설치 ... 114
• 다. 플라즈마 시스템 설계 ... 115
• 3. 플라즈마 유동제어 풍동시험 및 결과 ... 116
• 가. 풍동시험 절차 및 시험계획 ... 116
• 나. Case_1: 전두부 유동박리제어 풍동시험 결과 ... 117
• 다. Case_2: 후두부 유동후류제어 풍동시험 결과 ... 118
• 라. Case_3: 표면전단력제어 풍동시험 결과 ... 120
• 제3절 전두부 유동주입에 따른 공기저항 저감 시험연구 ... 121
• 1. 간단 형상에서의 유동주입에 따른 항력 저감 기존 연구 ... 121
• 가. Supersonic Drag Reduction with Repetitive Energy Depositions ... 121
• 나. 기타 유동주입기법 적용에 따른 항력 감소 예 ... 122
• 2. 기존에 수행된 2차원 모델 시험결과 ... 125
• 3. 3차원 모델 시험 ... 126
• 제4절 볼텍스 제너레이터 적용 기술 ... 131
• 1. 2차원 공력구조에서의 볼텍스 제너레이터 효과 ... 131
• 가. 실험 장치 및 실험 방법 ... 131
• 나. 실험 방법 ... 135
• 다. 실험 결과 ... 136
• 라. 결론 ... 137
• 2. 3차원 공력구조에서의 볼텍스 제너레이터 효과 ... 137
• 가. 실험 장치 및 실험 방법 ... 137
• 나. 실험 결과 ... 142
• 다. 결론 ... 143
• 제5절 다공표면에 유동주입을 활용한 마찰저항 저감 기술 ... 145
• 1. 연구개요 ... 145
• 2. 다공표면 유동주입 장비 및 시편 구축 ... 146
• 가. 다공표면 유동 주입 실험 모델 및 장비 ... 146
• 나. 다공표면 유동 주입 실험 시편 제작 ... 147
• 3. 다공표면 유동주입 공기저감 풍동실험 ... 148
• 가. 실험 절차 ... 148
• 나. 시험 결과 ... 149
• 4. 결론 ... 151
• 제6절 황새치 앞창과 딤플 형상을 적용한 전두부 풍동실험 ... 152
• 1. 황새치 앞창 전두부 열차모델 풍동실험 ... 152
• 2. 미세딤플 전두부 열차모델 풍동실험 ... 154
• 제7절 고속열차 공력소음 평가 기반기술 연구 ... 157
• 1. 현장소음 측정 데이터 분석 기법 ... 157
• 가. 도플러 효과 보정 기법 개발 ... 157
• 나. 고속열차 현장 소음 측정 및 데이터 분석 ... 160
• 2. 비정상 NS 해석기법 ... 165
• 가. 실린더 Aeolian tone 무향 풍동 시험 ... 165
• 제4장 연구개발수행 내용 및 결과(점착력 향상 분야) ... 174
• 제1절 축소 점착성능 시험기 구축 및 현장측정 기술 ... 174
• 1. 축소 점착성능 시험기 구축 ... 174
• 가. 견인부/제동부 모터의 변경 ... 175
• 나. 축하중 인가방식 변경 ... 175
• 2. 실물차량의 차륜 슬립 계측시스템 구축 ... 177
• 가. 비접촉 광학 센서 ... 177
• 나. 차륜 회전수 측정장치 ... 179
• 다. 향후 계획 ... 181
• 제2절 축소 시험기의 롤러형상 설계 및 상사성 검토 ... 182
• 1. 축소시험편 접촉면적 상사성 검토 ... 182
• 2. 점착계수 축소시험편 형상 설계 ... 194
• 제3절 점착성능 영향인자 실험 및 분석 ... 197
• 1. 점착계수와 슬립과의 관계 ... 198
• 2. 표면거칠기의 점착계수에의 영향 ... 198
• 3. 건조, 우천, 샌딩 조건의 점착계수 영향 ... 200
• 4. 주행속도가 점착계수에 미치는 영향 ... 202
• 5. 차륜하중이 점착계수에 미치는 영향 ... 204
• 제4절 증 점착재료를 통한 점착력향상 기술 개발 ... 206
• 1. 점착력 향상 방안 분석 ... 206
• 2. 증점착재 조성 및 점착계수 시험 ... 209
• 제5절 공력 응용 점착력 향상 기술개발 ... 214
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 214
• 가. 연구개발의 목적 ... 214
• 나. 연구개발의 필요성 ... 214
• 다. 연구개발의 내용 및 범위 ... 215
• 2. 연구개발 수행 내용 ... 215
• 가. 공력을 응용한 수직력 향상 특허 조사 분석 ... 215
• 나. 공력제어를 활용한 점착력 향상 기술개발 개념 설계(안) 도출 ... 216
• 다. 대차에 적용할 익형 형상설계 및 시뮬레이션 ... 217
• 라. 에어로 대차 성능평가를 위한 풍동실험용 및 해석용 대차모형 모델링 ... 218
• 제6절 전자기력 응용 점착력 향상기술개발 ... 221
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 221
• 가. 연구개발의 목적 ... 221
• 나. 연구개발의 필요성 ... 221
• 다. 연구개발의 내용 및 범위 ... 224
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 225
• 가. 국내외 기술개발 동향 ... 225
• 나. 기대효과 및 파급효과 ... 232
• 3. 연구개발 기본이론 및 수치해석 ... 233
• 가. 기본 이론 ... 233
• 나. 전자기력 응용 점착력 향상 장치 수치해석 ... 239
• 4. 벤치마킹 모델의 전자계 해석 및 검토 ... 247
• 가. 와전류 제동장치 ... 247
• 나. 전자기 레일제동 ... 249
• 다. 전자기 레일제동 – 특허 ... 250
• 5. 점착력 향상 개념설계 ... 251
• 가. 전자석 응용 구조 ... 251
• 나. 영구자석 응용 구조 ... 252
• 다. Hybrid 응용 구조 (전자석+영구자석) ... 253
• 라. 개념설계안 전자계 특성해석 ... 254
• 6. 상세설계 및 제어로직에 따른 운전특성 ... 266
• 가. 개념설계에 따른 Force 비교분석 ... 266
• 나. 설계제원 및 목표사양 ... 271
• 다. slip-frequency 벡터제어 ... 273
• 7. 결론 ... 277
• 제5장 참고문헌 ... 278