• 한국철도학회논문집
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• 제19권3호
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• pp.271-279
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• 2016

팬터그래프의 공력소음은 열차가 고속으로 주행할 때 발생하는 소음의 주요한 원인이다. 본 연구에서는 팬터그래프에 의한 공력소음 기여도를 분석하기 위하여 차세대고속열차(HEMU-430X)를 이용하여 시험을 수행하였다. 실제차량에서의 팬터그래프에 의한 소음의 주파수 특성을 분석하기 위하여, 350km/h와 400km/h 주행 시 전체차량의 음장가시화를 144채널 마이크로폰 어레이를 이용하여 수행하였다. 음장가시화 분석결과 팬터그래프의 소음은 250~400Hz 대역의 저주파 소음이 주로 기여함을 확인하였다. 또한 팬터그래프의 소음 기여도를 분석하기 위하여 팬터그래프의 올림 및 내림 시 소음도 차이를 단일 마이크로폰 시험을 통하여 비교분석하였다. 단일 마이크로폰 시험을 통한 팬터그래프 소음의 주요 주파수 특성은 315~400Hz와 1000~1250Hz 대역임을 확인 하였으며 이는 기존의 연구 결과 및 음장가시화 결과와 잘 일치하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.11-19
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• 2016

고속열차의 주위의 유통특성은 열차의 항력 및 소음 등 전반적인 특성에 영향을 주는 인자이다. 특히 고속열차의 유동 경계층은 유동 특성에 큰 영향을 미치는데, 기존의 연구는 주로 열차 주행 시 발생하는 측면 열차풍이나 열차의 하부 열차풍에 대한 연구가 주로 이루어져왔다. 열차 상부 경계층의 측정 및 분석도 매우 중요한데, 이는 열차 상부에 위치한 팬터그래프의 유동입력 조건에 상부 경계층이 가장 큰 영향을 미치기 때문이다. 본 연구에서는 차세대 고속열차의 1/20 축소모델을 이용하여 열차의 상부경계층 조건을 확인하였고, 그 결과를 풀 스케일 전산유체해석결과와 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이를 통하여 팬터그래프로 유입되는 유동속도는 열차 주행속도의 약 85% 수준임을 확인하였으며, 또한 열차 길이방향에 따른 유동 경계층의 성장특성을 분석하였다.

• 한국음향학회지
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• 제27권8호
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• pp.411-417
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• 2008

본 논문에서는 헬름홀쯔 적분 방정식에서 유도된 식을 이용하여 구조물의 표면 압력을 구조진동 성분에 대한 단순한 적분형태로 표현하여 음향방사 및 구조/음향 연성 문제를 수치적으로 푸는 방법에 대하여 다룬다. 이 식은 임의의 형상에 대하여 유도된 식으로 Rayleigh 식과 유사한 형태를 갖는다. 이 식을 이용하면 표면 압력을 구조물의 속도에 대한 단순 적분 형태로 나타낼 수 있기 때문에 경계요소법과 같이 연립방정식에 대한 행렬식을 풀 필요가 없다. 또한 헬름홀쯔 적분 방정식에 기반을 둔 다른 방법 들이 가지는 해의 유일성 문제도 갖지 않는 장점이 있다. 본 논문에서는 구형 셀에 대하여 수치해와 정해를 비교하여 제안한 방법의 타당성을 검증하였다.

• 한국철도학회논문집
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• 제18권4호
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• pp.309-316
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• 2015

고속열차의 외부장치인 선두부 대차 페어링과 팬터그래프에 의한 주행저항 기여도를 차세대 한국형 고속열차(HEMU-430X)를 이용하여 최대 350km/h까지의 타행시험을 통하여 간접적으로 평가하였다. 선두부 대차페어링에 의한 공기저항 저감도를 평가하기 위하여 대차 페어링을 부착 및 탈착 하였을 때 각각 타행시험을 속도대역별로 실시하였다. 또한, 팬터그래프에 의한 공기저항을 측정하기 위하여 팬터그래프를 상승 및 하강 시켰을 때 각각 타행시험을 실시하였다. 타행시험의 결과로부터 시간-속도선도에 대한 가속도를 선형회귀법으로 산출하여 주행저항식으로 도출하였고, 도출된 주행저항식의 공기저항계수 부분을 이용하여 대차 페어링 및 팬터그래프의 공기저항 기여도를 산출하였다. 그 결과 선두부 대차 페어링의 공기저항 감소효과는 약 3.8%이며, 비상모드 팬터그래프는 공기저항을 약 3.9% 증가시키는 것으로 평가되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권8호
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• pp.4068-4076
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• 2013

열차가 주행할 때 발생하는 차륜-레일 상호작용력은 열차의 주행속도, 차량축중과 선형조건(곡선반경, 캔트) 등 여러 변수의 영향을 받는다. 구조물의 안정성을 확보하기 위해서는 증속이전에 각 변수별로 구조물에 대한 영향 평가가 필요하다. 최근 차세대고속철도사업으로 국내에서 개발된 HEMU 430-X는 지난 2013년 3월, 경부 2단계구간에서 최고 421.4km/h의 속도를 달성한 바 있다. 향후 호남고속선 Test-Bed 구간(오송기점 K.P 100-128km)에서 추가적인 증속주행시험을 하는 경우 동적효과 증가로 인한 동적하중증가와 원심하중에 의한 외측레일에 대한 궤도작용력에 대한 검토가 필요하다. 본 논문에서는 HEMU열차의 추진력, 실측주행저항과 호남고속선의 선로선형을 고려하여 TPS 분석을 수행하여 선로에서의 속도변화를 계산하였다. 그리고 HEMU 열차주행시 곡선구간에서의 원심하중과 충격계수를 고려한 궤도부담력을 평가하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권12호
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• pp.8700-8706
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• 2015

고속철도차량 동력대차의 1차 구동장치는 모터 감속기와 견인전동기로 구성한다. 모터 감속기와 견인전동기는 기계적으로 일체형 결합 구조이지만, 상이한 기술 요구사항으로 인하여 이들의 완전 분해정비 주기는 서로 다르다(모터 감속기의 완전 분해정비 주기: $1.8{\times}10^6km$, 견인전동기의 완전 분해정비 주기: $2.5{\times}10^6km$). 따라서 불필요한 정비 횟수를 감소하기 위하여 신뢰성 중심 유지보수 관점에서 최적의 완전 분해정비 주기의 산정이 중요하다. 본 연구에서는 실제 유지보수 정비이력으로부터 두 구성품들에 대한 고장 결함나무 분석을 수행하고 각 하부부품들의 치명도를 고려한 고장률을 각각 평가하였다. 두 구성품에 대한 최적의 동일한 완전분해 정비주기는 기존의 총 예방정비 비용을 감소하기 위하여 유전자 알고리즘으로 부터 얻었다. 이 알고리즘에서 각 개체를 구성하는 유전자는 최소 예방 정비주기이며, 이의 조합으로 구성된 세대별 개체의 적합도함수는 총 정비비용의 역수로 공식화하여 얻는다. 최소공배수에 의한 방법은 기존 대비 4%만 감소하지만, 유전자 알고리즘에 의한 최적의 동일 완전분해 정비주기는 225만km로서 기존 방법의 총비용과 비교하여 약 14% 감소하였다.

• 전자공학회논문지SC
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• 제48권4호
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• pp.47-53
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• 2011

전동차 출입문은 포켓 슬라이딩 도어, 아웃 슬라이딩 도어, 플러그 도어로 구분된다. 현재 국내 전동차의 표준규격으로 제시되어 있는 포켓 슬라이딩 도어는 철도차량이 고속화됨에 따라 소음 및 외풍의 차단이 어려운 단점이 있으며, 아웃 슬라이딩 도어 역시 소음 및 외풍차단이 어려운 시스템이다. 반면에 플러그 도어는 최근 철도차량이 고급화됨에 따라 고속철도에 적용되던 출입문을 전동차에 적용하면서 쓰이게 된 도어시스템으로 승차감 개선에 소음이 중요한 위치를 차지함에 따라 소음에 강한 플러그 도어 시스템이 주목받고 있다. 이러한 이유로 차세대전동차에 적용할 목적으로 전기식 플러그 도어를 개발하여 시험 진행 중에 있다. 플러그 도어를 구성하는 하부 부품으로는 출입문 제어 장치 (DCU : Door Control Unit), 모터, 스크루 기어, 볼 너트, 레일, 리미트 스위치, 각종 전기 장치, 비상 수동 개폐장치, 코디네이션 바 등이 있는데 이중 DCU는 전동차 출입문을 개폐하기 위한 제어장치로 량당 8개인 전동차 출입문이 동시에 열리고 닫히기 위해서는 각 출입문간의 인터페이스가 필요하며, 승객의 승하차와 직접적으로 관련되어 있기 때문에 신뢰성 및 안전성 확보가 매우 중요한 시스템이다. DCU의 기능으로는 자동 문 여닫음 제어, 출입문 제어 및 장애 감지, 출입문 상태 제어, 저전압/고전압 감시 등이 있으며, 본 논문에서는 전기식 플러그 도어에 적용하기 위해 개발된 DCU의 기능, 개발요구사양, 시스템 구성 및 시험결과에 대해 논하고자 한다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권6호
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• pp.170-177
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• 2020

본 논문은 전기기계식제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake, 이하 EMB)의 제동 압부력(clamping force) 제어방법과 제동시험장비(dynamo test equipment)를 활용한 제동성능 평가결과에 대하여 다룬다. EMB와 관련한 연구는 자동차 분야에서 대부분 수행되었으며, 다양한 제어방법에 대한 정적상태의 압부력 시험결과를 주로 다루고 있으나 본 논문은 동적상태에서의 성능평가를 수행하였다. EMB의 구동을 위해 3상 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM : Interior Permanent Magnet Synchronous Motor, 이하 IPMSM)가 적용되었으며 유한요소법(FEM : Finite Element Method, 이하 FEM) 해석 소프트웨어인 JMAG을 통하여 설계 및 해석을 수행하였다. EMB의 압부력제어를 위해 전류제어, 속도제어 및 위치제어가 수행되었으며, 전류제어기는 단위전류당 최대토크제어(MTPA : Maximum Torque Per Ampere, 이하 MTPA)가 적용되었다. 제동성능평가는 공압식 제동장치의 비상제동 성능시험 절차와 동일한 방법으로 수행되었으며 시험장비에 설치된 고속철도차량의 차륜을 110 km/h, 230 km/h 및 300 km/h로 회전하는 상태에서 각각의 속도 조건에 따른 EMB의 제동 압부력을 인가하여 감속성능을 확인하였다. 최고속도(300 km/h) 상태에서 비상제동 시험결과는 73초의 시간이 소요되었으며 차세대고속철도차량(HEMU-430X)에 적용된 공압식 제동장치의 성능시험 결과와 비교를 통하여 제동소요 시간 및 감속패턴의 유사함 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권12호
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• pp.237-246
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• 2019

전기기계식 제동장치(EMB : Electro Mechanical Brake)는 자동차 및 철도차량의 차세대 제동장치로서 현재 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재의 고속열차용 제동장치는 공압 실린더를 이용하여 제동 압부력을 발생시키나 전기기계식 제동장치 (EMB)에서는 전기 모터 및 기어와의 조합을 통하여 압부력을 발생시킨다. 본 연구에서는 고압부력 발생이 가능한 EMB 구동 메커니즘을 제안하고, 해당 메커니즘을 만드는 기구장치 중 핵심부품인 기어 및 샤프트 부품들에 대한 구조 및 진동해석을 수행하였다. 한편 모델에 대한 동적 진동해석 결과 압부력이 가해진 상태에서 외부가진이 주어졌을 때 부재의 최대 응력이 항복강도 이내임이 확인되었다. 또한, 구조해석 결과 모터샤프트의 축 직경을 최대한 크게하는 설계가 강도 상 유리함을 확인하였으며, 기어와 편심샤프트를 고정하는 볼트에서 큰 전단응력이 발생할 수 있음을 확인하였다. 한편 해석모델의 메커니즘을 재현할 수 있는 시험장치를 제작하여 가장 취약한 부위인 고정 볼트부의 변형률을 구동 토크가 가해진 상태에서 측정하였다. 변형률 측정결과는 해석결과와 오차가 10% 이내로서, 해석모델의 정확도를 검증할 수 있었다.