| 연구개발개요 |
○ 경부고속철도 교체 수명의 도래에 맞추어 교체되는 선로시설, 전차선 및 차량의 성능을 400km/h에 맞춰 성능을 향상시켜 교체하여 주요 도시 간 고속철도 이동시간을 1시간 이내로 단축하고 이에 따라 door-to-door 이동시간을 2시간대로 단축하는 방안이 논의 중○ 운영속도 증가에 따른 여러 기술적 문제점들 중 공기역학적인 문제가 주로 대두될 것으로 예상되며, 특히 터널을 통과 시 발생하는 공기저항, 객실 내 승객이명감 및 미기압파의 증가의 문제는 운행 중인 터널의 단면적의 확대가 불가능함을 고려하면 반드시 해결해야 하는 문제라고 볼 수 있음○ 미래 교통수단인 하이퍼루프에서 사용되는 압축기를 이용한 공기력 저감 기술을 고속열차에 적용하여 운영속도 증가에 따른 터널 공기력 문제를 시설물 보강 비용이 없으면서 열차주행에 따른 에너지 소모도 저감할 수 있는 기술을 개발하여, ○ 국가철도망의 운영속도를 400km/h로 증대시킬 수 있는 핵심 기술을 확보하고, 국민 교통편익의 증대 및 한국 고속철도차량기술의 위상을 높이고 고속철도차량 해외수출 경쟁력을 제고하고자 함
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| 최종목표 |
1. 최종 목표: 기존 고속선의 터널 단면적을 유지하면서 운행속도를 400km/h로 증속할 경우 발생하는 공기저항, 승객 이명감 및 미기압파 등 터널 공기력 문제를 해결하기 위해 하이퍼루프와 같이 압축기를 차량에 적용하여 공기력을 효율적으로 저감하는 기술 개발2. 세부 목표 - 하이퍼루프형 압축기 적용 고속열차 공기역학 설계개념 제시 - 압축기 적용 고속열차 공기역학 상세설계(안) 제시 - 압축기 적용 고속열차 해석을 위한 무격자 기법 개발 - 압축기 적용 고속열차 해석 프로그램(GUI) 개발
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| 연구내용 및 범위 |
가. 1차년도- 주관연구기관(한국교통대학교) : 하이퍼루프형 압축기 적용 고속열차 공기역학 설계개념 - 일반 산업용 축류형 압축기의 고속열차에 적용 시 압축기의 개수, 흡입/토출구의 위치, 운용 방법 등 다양한 대안을 조합하여 설계 개념을 도출함 - SPACE X, NASA, MIT 등 Hyperloop 선진 연구기관의 최신 연구사례를 수집하고, 기존 고속철도에 적용가능한 압축기의 사양 등을 조사하여 하이퍼루프 압축기 설계개념 분석 및 고속열차 적용성을 검토함 - 압축기 장착 방식, 내부공간 활용방안 등을 고려하여 기존 고속열차에 적용할 수 있는 효과적인 설계개념을 도출하고 3차원 CAD 모델을 작성함- 공동연구기관(넥스트폼) : 열차와 터널의 상대운동을 효율적으로 모사하기 위한 축대칭 Navier-Stokes 방정식을 기반한 무격자 해석기법 및 압축기 경계조건 - C-STA™를 활용한 형상 전처리 방법을 개발함 - 압축기 모델링 기법 및 경계 조건을 개발함 - 고속 열차의 터널 통과 모사를 위한 이동 질점 처리 방법을 개발함 나. 2차 연도- 주관연구기관(한국교통대학교) : 압축기 적용 고속열차 공기역학 상세설계(안) - 후보 설계개념에 대해 전산유체해석 결과를 평가하여 얻은 최종 설계개념에 대해 파라메터 연구를 수행하여 최적화된 상세설계(안)을 제시함 - 압축기 적용 고속열차가 터널을 통과하는 동안 발생하는 공기력(공기저항, 승객 이명감, 미기압파)을 전산유체해석 프로그램을 이용하여 해석함 - 유동장 분석을 통하여 공기력 저감 효과를 분석하고 다수의 설계개념 중 가장 효율적인 설계개념을 선정함 - 최종 설계에 대한 파라메터 연구를 수행하여 압축기 용량, 설치 위치 등 세부적인 사항들을 최적화하여 제시함- 공동연구기관(넥스트폼) : 설계과정에서 필요한 다량의 계산을 효율적으로 수행하기 위하여 압축기 적용 고속열차의 터널통과를 공기역학적으로 모사할 수 있는 전용 프로그램 - 기본 GUI 플랫폼 구성 - GUI 환경 - GUI는 기본적으로 PyGTK를 기반으로 제작 - 파이썬(Python) 언어를 이용하여 윈도우즈와 동일한 형태의 GUI 제어화면 구현 - 전후처리 환경 - 개발될 솔버의 전처리 부분을 사용자 환경에 적합한 UI 환경으로 구현 - 해석 후 유동 현상 가시화를 위한 paraview를 외부 프로그램으로 연동 - 해석 결과로부터 압력영향 인자에 대한 2차원 도표를 GNU Plot으로 생성
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