Study on the Aerodynamic Advancements of the Nose and Pantograph of a High-Speed Train

고속열차 전두부 및 팬터그래프 공력성능 향상기술 연구

Recent high-speed trains around the world have achieved remarkable improvement in speed. In Korea, the new high-speed train with maximum speed of 400km/h has been developing through the 'Future High-Speed Rail System Project'. The improvement in train speed brings numerous aerodynamic problems such as strong aerodynamic resistance, noise, drastic pressure variation due to the crosswind or passing by, micro-pressure wave at tunnel exit, and so on. Especially, the nose shape of high-speed train is closely related to the most of the aerodynamic problems. Also the pantograph has to be considered for noise prevention and detachment problems. In this paper, the project, 'Research on the Aerodynamic Technology Advancement of the High-Speed EMU' is introduced briefly, which is one of the efforts for the speed improvement of the 'HEMU400x'. Finally, two main results of train nose and pantograph will be shown. First, the optimization of the cross-sectional area distribution of the high-speed train nose to reduce tunnel micro-pressure wave, and second, robust design optimization of the panhead shape of a pantograph.

최근 세계 각국의 고속열차들은 속도 향상 측면에서 비약적인 발전을 보이고 있으며, 국내에서도 2007년부터 '차세대 고속철도 기술개발 사업'을 통해 최고속도 400km/h급의 고속열차 개발을 진행 중에 있다. 고속열차의 주행속도가 증가함에 따라 이전에는 제기되지 않았던 공기저항, 공력소음 문제, 열차의 교행 및 측풍에 의해 발생하는 압력변동, 터널출구에서 발생하는 미기압파 등의 문제들이 대두되고 있으며 이와 같은 문제들은 열차의 고속화를 제약하는 요인이 된다. 특히, 고속열차의 전두부 형상은 이러한 공기역학적 문제들과 밀접하게 연결되어 있으며, 팬터그래프의 소음 및 안정적인 집전 성능 확보 등도 속도 향상을 위해 반드시 고려해야하는 사항이다. 본 논문에서는 고속열차의 속도향상 노력의 일환으로 진행되고 있는 '공력해석 향상 기술'의 연구 내용과 더불어, 터널 미기압파 저감을 위한 전두부 형상 최적화 결과와 팬터그래프 공력성능 향상을 위한 강건 최적화 결과를 소개한다.