1. 380km/h 속도의 고속철도차량 Avril로 큰 인기를 끄는 스페인 Talgo사

 

스페인의 Talgo사가 초고속철도차량 시장에 최초로 모습을 나타내면서 엘리트 철도차량 제작회사로 발돋움한 지 10년이 흘렀다. 트레이드 마크인 동력차의 형상으로 대표되는 특별한 설계를 통하여(그 이름은 [Pato] 또는 스페인어로 오리로 닉네임이 붙여짐), Talgo 350은 스페인 마드리드와 바르셀로나 사이에 최대 330km/h 속도의 고속철도 서비스를 제공하는 거대한 성공을 거둔 것으로 평가받고 있다. 이제, Talgo사는 그들이 개발한 최신 철도차량 플랫폼을 통하여 초고속열차 솔루션을 한 단계 더 발전시키려고 하고 있다. 그것은 바로 Talgo 350의 계승자인 Avril이다.

 

머리글자를 있는 그대로 해석하면 [High-Speed Independent-Wheel Light]인 Avril은, 설계 단계에서부터 다른 철도차량 시장의 수요를 만족하게 하려고 유연하고 업그레이드 할 수 있는 콘셉트로 개발되었다고 Talgo사는 밝혔다. 이러한 설계 콘셉트로부터, Avril은 250km/h~300km/h의 속도, 자동적인 가변 궤간 운행, 경량 그리고 에너지-효율적인 도시 간 철도의 특징으로부터 380km/h의 속도, 고용량 그리고 초고속철도 노선에서 호환 가능한 설계까지 그 특징이 다양하다. Passive 틸팅, 전기 및 디젤-전기의 이중 구동방식 그리고 낮거나 높은 차량 바닥과 같은 옵션도 이용 가능하다.

 

Avril의 가장 뚜렷한 특징은 열차의 각 끝 부분에 있는 3량의 차량에 걸쳐 설치된 구동시스템의 분산화이다. 구동차량을 통한 집중구동방식 콘셉트로 설계된 Talgo 350과는 달리, Avril 차량은 전두부 첫 번째부터 세 번째 차량까지의 지붕과 바닥 하부에 위치한 구동시스템과 함께 승객들을 수용한다. Talgo 350의 구동시스템은 Bombardier사와 공동으로 개발됐지만, Avril은 완전히 Talgo사 자체적으로 기획한 프로젝트이다. 결과적으로, 전두부 세 량의 차량이 나머지 차량보다 높이가 더 높은 특수한 모양을 가진 초고속철도가 탄생하게 되었으며, 그 이유는 차량 하부에 변압기와 컨버터 그리고 냉각시스템을 설치하고 차량 지붕에는 제동용 저항기를 설치하기 위한 충분한 공간을 확보하기 위해서이다.

 

3량-1세트의 모듈형태는 두 대의 구동 컨버터와 제동용 저항기에 전원을 공급하는 한대의 구동 변압기에 기반을 두고 있으며, 6개의 구동모터는 열차 전체에 걸쳐 설치된 6개의 연접 대차에 각각 설치되어 있다. 구동모터 3대는 열차의 선/후두부 차량에 각각 설치되어 있으며, 한대는 동력차와 두 번째 객차 사이에 그리고 나머지 두 대의 모터는 두 번째 객차와 세 번째 객차 사이에 설치되어 있다. 컨버터는 3대의 모터에 전원을 공급하고 모터는 각각의 구동용 인버터에 의해 독립적으로 제어됨으로써 영구자석 모터가 원활히 작동되어 톤당 1MW의 출력을 발생시킨다. 모든 구동장치는 선두에 있는 2대의 차량에 설치되어 있으며 세 번째 차량은 트랜지션 차량으로 사용되는데, 이 연결지점에는 선두부 3대의 키가 높은 차량과 연결되는 차량 사이에 높이 차이가 발생하며, 이곳에 차량의 운행을 지원하는 전기장치 시스템이 위치한다. 냉각시스템은, 독립적인 차체 하부의 열 교환기에 의해 냉각되는 컨버터와 변압기를 가진 구동시스템에 통합되어 있다. 이를 통해, 전체 구동시스템의 신뢰성을 증대시키는 동시에 대차에 설치된 모터도 독립적으로 냉각된다.

 

Avril은 200미터 길이의 1층으로 600명 이상의 승객을 수용할 수 있도록 설계되었다. 또한, 수송용량의 증가는 일반석 객차에 여분의 좌석을 추가시킴으로써 가능했다. 결과적으로, 다른 유럽의 초고속열차와는 다른 독특한 특징을 가진 3+2 형태의 좌석 배열은 Avril이 필수불가결하게 더 넓은 차체 외곽을 가지도록 요구한다, 그럼에도 불구하고, Avril의 설계 형태는 유럽연합 대륙에서 사용되는 궤간 조건을 만족하고 있다. 또한, 객차의 외부 디자인은 우수한 에너지 및 비용절감적 특징을 가지고 있다. 이것은 Avril를 설계하고 부품을 배치할 때 개발자들이 전자장치와 구동장치에 대해 주의 깊게 고려한 공기역학적 항력의 감소와 중앙집중적 기기 배치 덕분이다. 결과적으로, 에너지 소비량은 기존의 Talgo 350에 비해 31% 감소하였고 평균 에너지 소비량은 km당 11.79kWh이다. 이것은 많은 다른 초고속열차가 보유한 평균 에너지 소비량인 km당 약 15kWh보다 더욱더 효율적임을 보여준다. Talgo에 의하면, 이산화탄소 배출량도 km당 3~3.2kg CO2로 다른 초고속열차의 km당 평균 3.5~4kg CO2와 비교하여 볼 때 상당히 적은 배출량이다.

 

제작과정에서 가능한 모든 범위에서 사용된 경량의 부품을 통하여 더욱 높은 효율성을 확보하기 위한 노력을 기울일 수 있었다. 또한, 이 열차는 가장 최신의 패시브 및 액티브 안전기술을 적용하며 승객들을 보호하고 안락감을 제공하기 위하여 소음 감소, 온도제어 및 정보시스템을 갖추고 있다. 열차의 출입문도 정거장 플랫폼의 높이와 같게 제작함으로써 노약자 승객들의 접근성을 높이거나 이동성을 감소시킴과 동시에 정거장에서 소비되는 정차시간을 약 20% 정도 줄일 수 있다.

 

1950년대 이후로 모든 열차에 사용되는 Talgo사의 연접 대차 열차 콘셉트가 Avril에 다시 사용되었다. 키가 높은 차량의 구동 대차는 제외하고, Avril은 Talgo사가 개발한 독립 영구-가이딩 차륜기술을 사용한다. Talgo사에 의하면, 그들이 새롭게 개발한 경량의 윤축시스템이 소음과 진동을 경감시킴으로써 안락감과 성능을 향상시킨다. 윤축시스템은 전자적으로 제어되고 공기 및 후방 액티브 현수방식을 적용하며, 축 위에 위치하지 않고 객차의 아래가 아닌 그 사이에 쌍으로 설치된다. 비슷하게, 윤축의 높이를 낮춤으로써 열차의 공간과 용량을 증가시킬 수 있다. Talgo사에 의하면, 휠 가이던스를 추가함으로써 축의 수가 더 적어지고, 기존의 차량보다 차륜의 수가 더 적어졌기 때문에 더욱 우수한 동적 성능과 높은 안전성을 보장할 수 있으며 유지보수 비용을 절감할 수 있다.

 

앞으로 몇 년에 걸쳐 새로운 열차를 판매할 것으로 예상하기 때문에, Talgo사는 Avril이 그들이 평가한 시장 상황에 대한 경험과 결합한 최종 개발 프로세스라고 밝혔다. Avril은 사회적인 요구뿐 아니라 소비자와 이용자들과의 직접적인 협력을 포함하고 있는 철도차량 솔루션이다. Talgo사 직원들은 그들이 어떠한 제작물량 수주를 원하는지에 대해서는 수줍어하지만, 가장 최신의 초고속철도차량에 투자하고자 하는 세계의 여러 나라와 지역에 Avril이 판매될 것이라고 말한다. Avril의 개발을 통해, Talgo사는 초고속열차와 고용량의 고속철도를 보유하게 되었으며 성장하는 시장의 요구에 부응할 것이라고 믿고 있다.

 

 

2. Siemens의 미래형 기관차, Vectron

1993년에 유로스프린터(Eurosprinter)를 출시한 이후, Siemens사는 최근에 세계 여러 곳에서 운용 중인 고출력 또는 중형 출력의 기관차의 업그레이드 포트폴리오를 개발해 왔다. 유로러너(Eurorunner)를 포함한 여러 가지 차량 중의 가장 최신의 차량은, 유럽 시장을 겨냥하고 있으며 2010년 9월에 개최된 InnoTrans에서 공식적으로 발표되었다.

 

Vectron 기관차 설계의 핵심은 유연성(Flexibility)이다. 국내, 국제시장에서 모두 사용 가능하며, 소비자들은 교류, 직류 또는 복합시스템을 선택할 수 있으면서도 대차의 교환 없이 160km/h 또는 200km/h의 속도로 사용 가능하다.

 

또한, 소비자들은 지역 간 여객열차 운영에 적절한 5.2MW 출력의 중급출력 버전이나 더 출력이 낮은 화물열차 또는 6.4MW의 고출력 시리즈도 이용할 수 있다. 두 모델 모두 출발견인력이 300kN이다. 디젤-전기를 동시에 사용하는 중급 규모 출력의 기관차도 설계 중이다. Vectron 기관차는 유럽 전체에 걸쳐 운영 중인 나라마다 독특한 열차제어시스템과 통용될 수 있기 때문에 개별적 요구 사항에 맞게 변환되거나 추가될 수 있다. 대차와 하부 프레임 면적은 안테나와 속도 인코더를 설치할 정도의 면적을 가지고 있으며, 설치된 3개의 랙은 열차보호용 캐비닛으로 사용된다.

 

예전과는 달리, 주문량이 적은 개인 철도운영자와 리스회사의 성장, 장거리 이동 화물의 증가에 따른 국경을 넘나드는 이동성의 요구 그리고 배출가스 감소와 같은 새로운 표준과 관련된 법률규제 등이 Vectron 기관차의 개발에 원동력이 되었다. Siemens사에 의하면, Vectron 기관차는 기존 모델을 직접적으로 바로 대체하는 것이 아니라 점진적인 개발 포트폴리오를 완성함으로써 가장 최신의 유로스프린터(Eurosprinter)와 유로러너(Eurorunner)는 가까운 미래에도 여전히 이용 가능하다. 그런데 장기간을 볼 때에는 Vectron 기관차가 Siemens사의 3세대 기관차 플랫폼으로서 유로스프린터(Eurosprinter)를 대체하게 될 것이다. 경기하강 국면의 마지막 시점이라고 인식됨에도 불구하고, 현재 유럽의 철도 화물교통은 2014년까지는 2008년의 수준으로 회복될 것으로 예상되지 않는다고 Siemens사의 기관차 판매책임자인 Jens Chlebowski씨는 말했다. 그리고 그는 Vectron 기관차의 개발이 이 위기에 영향을 받는 것은 아니라고 말했다.

 

Chlebowski씨에 의하면, 경기하강 문제가 개발 속도에 영향은 없었지만 수요와의 관련성은 있었다. “우리는 Vectron 기관차가 이미 준비된 상황이지만 시장의 경기 때문에 아직 주문을 받은 것은 없다. Siemens사는 시장의 수요가 증가할 것이라고 시장 조사결과를 확정 지었으며 이것을 미리 준비했다. 긍정적인 측면에서, 우리는 운영자들이 더욱 효율적 제품을 구매하게 될 것이며 그때, 우리가 개발한 Vectron 기관차는 이상적인 대안이 될 것이다.”라고 밝혔다. Chlebowski씨에 의하면, Siemens사는 Vectron 기관차가 동급 최상의 것이 될 것이며 결국에는 경쟁 제품의 가격 수준에서 가격이 결정될 것이라고 했지만, 구체적 가격은 밝히지 않았다. 그럼에도, 유로스프린터(Eurosprinter)와 유로러너(Eurorunner) 모델에 존재하는 많은 부품들에게서 명백하게 부각되는 효율성 향상 요소들이 Vectron 기관차에도 적용되고 있다. 예를 들어, 열차제어시스템은 ES64F4 4-시스템 유로스프린터(Eurosprinter)로부터 도입되었고, 구동제어시스템은 ES64U4 Taurus로부터 그리고 160km/h 속도 버전의 구동장치는 ER20 유로러너(Eurorunner)에 적용된 기술이다.

 

선두부와 운전실 형상은 가장 최신의 유로스프린터(Eurosprinter) 시스템과 유사하며, 다른 차량의 경우처럼 기관사들의 위험을 최소화시키기 위해 설계된 세분화된 변형지역에 충돌이 발생할 때 쉽게 교환할 수 있게 되어 있다. Chlebowski씨에 의하면, Vectron 기관차의 개발 과정에서 소비자들의 피드백이 많이 반영되었다. 예를 들어, 운전자들의 입력 작업 분야에서는 와이퍼 액, 모래 그리고 차륜 플랜지 윤활제 주유와 같은 작업들이 패널을 제거하지 않은 상태로 기관차 외부에서 보충할 수 있도록 패널 구멍을 제작하게 되었다. 사용자의 편의를 위해, 공간을 최대화하고 안전한 대피통로를 제공하기 위해 중앙 이동공간을 만들었다. 그리고 모든 버전의 차량에서 같은 위치에 같은 기능을 가진 랙을 배치함으로써, 유지보수를 단순화하고 비용을 절감하기 위해 부품 배치 레이아웃이 향상되었다.

 

Vectron 기관차에는 기존에 적용된 기술을 수정했을 뿐 아니라. Siemens사는 기관차의 성능을 극대화하기 위해 새로운 기술을 시험하고 있다. 주목할만한 것은, 무게를 최소화하면서 부품의 강도를 증가시키기 위해 레이저 하이브리드 용접기술을 차체 셸에 적용하는 것이다.

 

1,435mm 궤간과 1,676mm 궤간에서 모두 이용 가능한 대차는, 지난 10년간의 광범위한 시험과 개발의 결과물이다. Bo-Bo 콘셉트(개별 구동모터에 의해 모든 축에 구동력을 공급받는 4개 차륜의 독립대차를 가진 기관차를 의미함)를 도입함으로써, 유로스프린터(Eurosprinter) 시스템의 센터피봇콘셉트를 유지했고 유로러너(Eurorunner) 로부터는 세미-서스펜디드 피니온 콘셉트를 유지했으며, 여전히 고속에서의 강도를 만족하게 하고 궤도의 마모를 감소시키기 위해 개선작업을 진행 중이다. 또한, Vectron 기관차는 곡선구간 운행 시 원심력을 감소시키는 액츄에이터로 작용하여 차륜의 수명을 연장시키는 액티브 회전 댐퍼(ADD, Active Rotational Damper)를 장착하거나 개조 가능하다.

 

Vectron 기관차의 중요한 판매 포인트인 것으로 보이는 이러한 개발을 통하여, 새롭게 개발된 기관차는 변화되는 시장에서 Siemens사가 선두에 설 수 있도록 할 것이라고 Vectron 프로젝트 책임자인 Christion Thoma씨는 말했다. 그리고 관련기술을 계속발전시킴으로써, 플랫폼의 유연성이 Siemens사가 다가오는 미래에 기관차를 새롭게 적용시키고 성능이 개선되게 할 것이라고 밝혔다. “기술혁신은 제작 프로세스 개발에서 통합된 콘셉트이며, 이를 통해 최종 생산제품의 품질을 향상시키게 될 것이다.”라고 그는 말했다.

 

3. Bombardier의 고속철도차량, Zefiro

 

2010년 8월, Bombardier사는 안살도브레다와의 컨소시엄이 이태리 국영철도회사인 Trenitalia로부터 V300 버전의 멀티시스템 철도차량 50량 제작을 위한 우선 공급자로 선택되었을 때, Zefiro 고속철도차량 개발에 이정표를 기록했다. 이 1.2조 유로 규모의 계약은 Bombardier사의 250, V300 그리고 380의 3가지 모델 모두가 최초로 계약되었음을 의미하며, 이를 통해 Bombardier사는 고속철도차량 시장이 성장함에 따라 추가적인 주문을 받을 수 있다고 확신하고 있다. 실제로, 이러한 잠재적 가능성은 2009년 9월 Bombardier-Sifang 조인트-벤처가 Zefiro 380버전에 대한 대규모 주문을 받았다고 선언했을 때 보여 준 것이다. 중국철도국(MOR, China Ministry Of Railway)으로부터 수주받은 27.4조 위안(4조 미국달러) 계약은, 8량-1개 편성 구성의 20개 편성 그리고 16량-1개 편성 구성의 60개 편성, 총 합하여 1,120개 차량의 제작물량이다. 이 열차들은 중국 칭다오의 Sifang 공장에서 제작될 것이며 2011년 5월까지 시험을 위해 납품될 것이며 전체 차량의 운행은 2014년까지 시작될 예정이다.

 

에너지-효율성은 Zefiro 차량 개발에서 제일 중요한 콘셉트이며, Bombardier사는 전력 소비량을 줄이려고 수많은 기술과 연구를 진행했다. 어떠한 고속철도 차량에서도, 공력저항을 최소화시키는 작업이 우선적인 고려사항이지만, Zefiro 380 차량의 높은 성능을 위해서 중요한 도전적 작업이 존재한 것이 사실이다. “현재 세계적으로 한 방향으로 380km/h 속도로 운행하도록 설계된 개념의 표준은존재하지 않는다. 그런 이유로, 우리는 Sauber 포뮬라 1 자동차 경주팀과 항공산업계에 이러한 요소들을 질의했지만, 380km/h 속도에서 400미터 길이의 철도차량에서 발생하는 공력 행동에 대한 모델링은 불가했다.”라고 Bombardier 그룹 엔지니어링분야 차석 책임자인 Tjark Siefkes 박사는 말했다. 이러한 이유로, Bombardier사 교통운송 및 항공분야그룹이 [AeroEfficient]라고 불리는 툴을 개발했다. 이 툴은 공력성능을 최적화하여 다른 고속열차의 형상 모델들보다 에너지소비량에서 10%를 감소시키는 것을 목표로 하고 있다.

 

Bombardier사의 EBI Drive 50 기관사지원시스템은, 최적화된 가속과 감속을 어떻게 이룰 것인가에 대해 기관사에게 조언하는 시스템이다. 모든 정보는 연속적으로 업데이트되며, 궤도 구배와 곡선반경, 타임테이블 그리고 열차 위치정보를 고려한다. Bombardier사에 의하면, EBI Drive 50 기관사지원시스템은 에너지를 약 14%까지 절감할 수 있으며, 지능형 자세시스템(Intelligent Stabling System)은 열차가 정지되어 있을 때 전력 소비량을 감소시킬 수 있다. 또한, Zefiro 차량은 승객 부하와 외부의 기후조건에 따라 자동으로 공기조화설비(HVAC) 세팅을 조정하는 기후 제어시스템인 [ThermoEfficient]시스템을 그 특징으로 한다. 가변 신선공기 공급시스템이 승객들의 수송용량을 결정하고 그에 따른 공기등급을 적용시키기 위해 센서 정보를 사용하여 사용되는 공기와 신선공기 공급시스템 간의 공기이동을 조정하게 된다. Bombardier사에 의하면, [ThermoEfficient] 시스템은 에너지 소비량을 26%까지 절감할 수 있다.

 

Zefiro 차량의 최대 경쟁자는 Alstom사의 AGV 차량이며, 두 철도차량 제작회사의 대표적 고속철도 차량에 적용된 구동시스템 간에는 기본적 차이가 존재한다. AGV 차량 설계의 가장 혁명적인 분야 중의 하나는 동기형 영구자석 모터의 사용을 통해 중량 대비 더 높은 출력등급과 에너지효율성을 가지는 것이라고 Alstom사는 밝혔다. 또한, 영구자석은 최근 스위스 국영철도에 의해 주문된 Bombardier사의 독특한 2층 객차 틸팅 차량에도 적용되고 있는 기술이다. 그럼에도 불구하고, Bombardier사는 Zefiro 차량에 Mitrac 비동기 구동모터시스템을 적용했는데, 그 이유는 이미 증명된 기술의 차량제작에 기반을 뒀기 때문이다. “영구자석의 효과는 열차에 이 기술을 적용하기 위한 시간 및 투입자원과 상쇄시키기에는 그렇게 충분한 것이 아니었다.”라고 Bombardier사의 유럽연합 고속철도차량 전략 프로젝트 매니저인 Christoph Klaes씨는 말했다.

 

차량 사양(8량-1개편성 모델)>

열차 타입	250	V300	380
최대 영업속도(km/h)	250	300~360	380
차체 재질	스테인레스 스틸	알루미늄	알루미늄
최대수송용량	604	450~600	664
8량-1개 편성 열차길이(m)	216	202	215.3
출력등급(MW)	-	8.8(300km/h) 9.8(360km/h)	-
축중(톤)	16.5	17	17
축거(m)	2.7	2.85	2.7
출발가속도(m/s2)	0.6	0.7	0.48
폭(m)	3.4	2.9	3.368
비고	중국철도 납품사양	이태리국영철도 납품사양	중국철도 납품사양

 

이러한 사실에도 불구하고, Zefiro 차량은 인상적인 승객수송 용량을 제공한다. 중국의 보편적인 철도 궤간에 적합하게 제작된 8량-1개 편성의 380 열차에는 664명의 승객까지 수용 가능하다. 이 열차의 1등급 차량에는 12%~15% 정도가 수용 가능하며 객차 1량당단지 마주 보는 좌석은 1세트에 불과하다. 차체는 [Open Tube] 콘셉트로 기반하여, 보조장치들을 차량의 지붕이나 차체 하부에 위치시킴으로써 실내공간을 최대화시켰다. 이 열차는 연속적인 와이파이 서비스를 위해 온보드 중계기를 탑재했으며, 설계 팀은 항공분야의 승객용 엔터테인먼트 시스템을 적용했다고 Bombardier사는 밝혔다.

 

모든 좌석과 테이블은 C-레일에 설치되어 실내에서 직선으로 설치될 수 있도록 설계되었다. 모니터를 설치한 파티션 벽과 수화물 적재용 랙이 이 레일을 따라 이동할 수 있으며 모든 전기용 소켓과 독서용 램프 그리고 예약된 디스플레이 장치도 좌석에 통합되어 있다. 이것은 2등급 객차가 쉽게 1등급 객차로 개조될 수 있으며 그 반대도 가능하다는 것을 의미한다.

 

Bombardier사가 고밀도의 좌석 옵션을 제공하고 있음에도 불구하고, 현재 이 분야 시장을 장악하고 있는 Alstom사의 Duplex 열차와 경쟁하기 위해서 Zefiro 차량에는 이층객차를 운용하지 않는다. “우리는 이층객차를 고려하지 않았는데, 그 이유는 중국에서는 그러한 차량에 익숙하지 않으며 유럽에서도 일반적인 것이 아니기 때문이다. 우리의 첫 번째 임무는 용량을 최대화함으로써 운영자들의 사업영역을 지원하는 것이었으며, 이것은 유연한 열차를 제공하는 것으로 결론지었다. 운영자들은 최초 구매단계에서 그들의 요구에 맞는 설계개념을 커스터마이징할 수 있으며 열차 수명의 중간단계 시점에 개조작업이 진행될 때는 운영환경조건에 맞게 완벽하게 다른 세팅으로 재설계가 가능하다.”고 Klaes씨는 말했다.

 

4. 중국 CSR의 초고속열차, CRH380A

 

중국의 신세대 CRH380A 고속철도 차량은 베이징-상하이 같은 미래의 고속철도 노선을 위한 핵심적인 철도차량으로 인식되고 있다. CRH380A 차량은 시험 운영 중에는 420km/h의 속도를 초과했음에도 불구하고, 일반속도 350km/h 그리고 영업노선에서는 최대 380km/h의 속도를 유지하도록 설계되었다. 이 열차는 영업운행에 돌입하게 되면, 영업운행 중인 차량 중에서 가장 빠른 신형 열차가 될 것이다.

 

CSR Sifang Locomotive & Rolling Stock사는, 2009년에 중국철도국으로부터 신세대 고속철도차량 계약을 수주했다. 45조 위안(6.64조 미국달러)의 주문량은 16개 차량-1개 편성의 100개 편성과 8량-1개 편성의 40개 편성이다. 첫 번째 열차는 상하이 세계엑스포공원에 2010년 5월에 전시된 바 있다. 그동안, CRH380A 8량-1개 편성의 실험용 열차가 중국철도과학 아카데미 시험선에서 시험 되고 있었다. 이 시험은 완료되었고 현재 열차는 정저우-지안 고속철도 노선에서 시운전을 진행 중이다. CSR에 의하면, 이 시험은 현재까지 잘 진행되고 있다.

 

최초의 8량-1개 편성 열차는 생산라인에 돌입했으며, CSR은 이 열차를 일괄 제작, 납품할 것이다. 제작 계획에 따르면, 최초의 16량-1개 편성의 열차는 공식적으로 2010년 하반기에 완성될 예정이며, 베이징-상하이 고속철도 노선에 투입될 예정이다. 중국철도국은 이 노선이 2011년 전반기에 개통되기를 원하지만, 실제 날짜는 건설 공정에 달렸다. 이 열차의 개발은 2008년 초에 시작되었고, 그 당시 CSR은 CRH2 열차로 350km/h 속도까지 일련의 시험을 수행했다. 개발 작업에는, 모델을 통한 실험, 주행 실험, 과학적 연구 그리고 4개의 고속철도 노선(칭다오-선양, 베이징-톈진, 무한-광조우, 정저우-지안)에서의 주행시험이 포함되어 있다.

 

1,000가지 이상의 기술적 시험 과정에는 17가지 분야가 망라되어 있는데, 그중에는 동적 성능, 판토그라프-카테나리 집전성능, 공기역학 그리고 구동성능이 포함되어 있다. 이것을 통하여, CSR은 광범위한 과학적 시험 데이터와 운영 및 유지보수와 관련된 데이터를 축적하게 되었다. 운영 데이터에 대한 시스템적인 분석, 모델 실험 그리고 과학적 연구 데이터를 통하여, CSR은 열차의 성능 파라메타 간의 관계와 최대속도를 향상시키기 위한 것들을 발견하게 되었다. 이러한 결과를 통하여, 신세대 고속철도 차량의 설계를 이루어 낸 것이다.

 

새로운 고속철도 차량의 설계 품질을 검증하기 위해, CSR은 설계작업을 4가지 카테고리로 구분했다. 도식적, 기술적, 건설적 그리고 시험과 검증 분야가 그것이다. CSR은 시험과 실험에 의해 검증된 열차 설계의 기반으로 시뮬레이션 분석을 시행했다. 또한, 제작 설계를 위해 3D 모델링이 이루어졌다.

 

2009년 6월, 중국철도국은 CSR에 의해 제출된 신세대 고속철도 차량을 위한 기술적 사양들을 분석하고 논의하기 위해 학계와 산업계로 이루어진 팀을 구성했다. 분석 및 토의 회의에서, CSR은 20가지 이상의 우수한 철도차량 설계와 모델을 제시했으며 그중에서 10가지 모델이 미래의 연구를 위해 채택되었다. 그다음, CSR은 새로운 열차의 생산을 준비하기 위해 그 연구를 집적하였다. 1:8 크기의 모델이 제작되었고 풍동터널에서 공력시험이 시행되었다. 바람이 19가지 서로 다른 방향과 8가지 서로 다른 속도로 생성되어 시험 되었다.

 

CSR에 의하면, 이러한 힘든 작업을 통하여 10가지 주요 분야에서의 전체적 기술혁신과 성능개선이 가능해졌다. 이것에는, 스타일, 공기 밀폐성, 고속에서의 대차 설계, 진동과 소음 감소, 구동시스템, 판토그라프-카테나리 집전능력, 제동시스템 그리고 승객과의 인터페이스가 포함되어 있다. CSR에 의하면, 운행속도를 최대화함에도 불구하고 열차는 다양한 동적 성능 지표들을 만족하게 했다. 핵심적 안전지표와 관련해서는, 탈선계수와 축중 감소율이 제한값보다 훨씬 더 작다.

 

새 열차에 사용된 주요 시스템과 부품은 성능과 주행특성이 증명되었다. 강도시험과 피로실험이 관련 표준과 척도에 따라 부품들에 시행되었다. CSR에 따르면, 이렇게 개발된 열차는 높은 신뢰성 지표를 보유하고 있으며, 고장발생 간의 주행거리는 1백만 KM당 1회이다. 소음원을 감소시키고 새로운 흡음재와 절연재료를 적용함으로써, CSR은 열차 내부의 소음을 제어할 수 있게 되었다. 추가적으로, 차체 성능에 조화로운 대차를 최적화하였으며 차체의 자연주파수를 개선시켜 열차의 실내 구조를 개선함으로써, 고속주행 중에 발생하는 차체의 구조적 진동을 감소시키고 승객들의 안락감을 향상시키게 되었다. CSR은 차체의 공기 밀폐성을 향상시켜, 열차 차체의 공기 밀폐성이 180초 이내에 4,000Pa에서 1,000Pa로 감소시켰다. 열차 내부의 압력변화율이 초당 200Pa 미만으로 가능하게 되어, 열차 내부의 최대 압력변화는 표준값인 1,000Pa와 비교하여 800Pa 이하를 유지하게 되었다. 이것은 고속에서의 우수한 승차감을 보장해 준다. 회생제동은 에너지 피드백을 90%까지 보장할 것이다. 외부 소음과 관련해서, CSR은 공력 성능을 향상시키기 위해 열차를 유선화하였고 창문과 출입문을 최적화하였다. 열차의 선두부 형상은 저항계수가 0.13 미만이다. 열차의 후부 차량 부상계수는 0.08 미만이다. CSR에 의하면, 차체 공력소음을 5% 이상 줄일 수 있다고 한다.

 

CSR은 최대 축중이 15톤 미만이 되도록 경량의 설계 개념을 도입했다. 380km/h 속도로 운행 중일 때, 100km당 단위 에너지 소비량은 5.2kWh 미만이다. 추가로, CSR은 유선형 동력차, 완전히 덮인 윈드스크린 그리고 부드러운 차체 하부 면적과 같은 일련의 저항-감소형 설계를 도입하여 공력저항을 6%까지 감소시켰으며, 이로 인한 에너지 소비량 절감도 상당한 수준이다. 이 열차는 높은 신뢰도를 보증하도록 설계되었지만, 유지보수 비용은 낮다. 열차의 모든 전기장치는 전자기 적합성을 가지고있으며 열차의 내부뿐 아니라 외부에도 전자기적 간섭을 거의 방출하지 않도록 설계되었다. 추가로, 열차에는 오염방지를 보증하기 위해 하수집하시스템이 설치되어 있다.

 

새롭게 개발된 열차는 다양한 승객들의 요구에서 나오는 요구사항을 만족하게 하기 위해 다양한 형태의 편의시스템이 구비되어 잇다. 기존의 1등실, 2등실 객차의 개념뿐 아니라 이 열차에는 VIP를 위한 객차 전체, 경관 감상지역 그리고 식사차량이 설치되어 있다. 모든 좌석은 주행방향으로 회전시킬 수 있으며 규모가 크고 안락한 VIP용 지역을 위해 설계된 특수 좌석을 보유하고 있다. 모든 차량에는 화장실과 세면실, 음료판매 기계, 수화물 보관소와 비디오 및 TV시설을 갖추고 있다. 식사 수준은 좌석의 용량에 따라 결정될 것이다. 또한, 바와 같은 레저 시설도 설치되어 있다. 승객정보서비스에는 비쥬얼 디스플레이, 라디오, 비디오 및 오디오 등이 제공될 것이다.

 

CSR은 새롭게 개발한 열차에 대해 높은 희망을 품고 있다. “우리는 중국에서 제작된 것에서부터 중국에서 창조된 것까지 모든 변환작업을 성공적으로 수행했다.”라고 CSR Zhen Changhong 회장은 말했다. 2010년부터, CSR은 세계에서 가장 큰 동력차량과 철도차량 제작회사로서의 시장 진입을 시작할 것이며 2012년까지 세계 최고가 될 것이라고 선언했다. 이것은 거대한 중국의 자국 시장에서 주로 적용될 것이지만, CSR은 수출도 오늘날의 10%에서 미래에는 20%로 도약할 것이라고 밝혔다.