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.
The resistance test of a high speed craft such as planing ship is performed with a high speed towing carriage instead of ordinary towing carriage because of the speed limitation. In the resistance test using high speed towing carriage, the model ship is fixed to the carriage to restrain the running attitude for enough measuring time. Such method is called fixed model test method. In the fixed model test method, to get the appropriate running attitude, the model test is iteratively repeated until the trim moment and lift force are close to zero. In this research, trim free model test method is investigated to reduce the number of iteration. And, the limitation of towing speed range in the trim free model test method is investigated.
Two sets of numerical simulations were carried out for a planing hull model ship. In the first, the WAVIS 1.4 linear and nonlinear potential solver was utilized with the free support condition, in which the running posture was determined during calculation. The linear and nonlinear potential calculation results showed qualitative agreement in the trim and resistance coefficient with the MOERI towing tank test. However, the nonlinear potential calculation gave better results than the linear method. In the next simulation, Fluent 6.3.26 with a VOF model and the WAVIS 1.4 nonlinear potential solver were used with the given running posture from the measurement carried out in the MOERI towing tank. Fluent with the VOF method had substantially better agreement with model test results than the results from the WAVIS nonlinear potential calculation for the total resistance coefficient, and for the bow and stern wave patterns, in spite of the much greater computational costs. Both methods can be utilized in planing hull design when their limitations are perceived, and the running posture should be predicted correctly.
우리나라 해안지역은 강풍의 빈도가 높고 세기도 크지만 아직까지 바람을 고려한 적정속도를 안내하는 시스템은 전무한 상태이다. 강풍이 부는 곳에서의 무리한 주행은 핸들 조작의 어려움으로 인한 사고 위험과 풍속을 고려하지 않은 과속으로 인한 전복사고 등의 위험이 크다. 이러한 측면에서 바람 잦은 곳 중 주요지점에 기상정보센서(WIS:Weather Information Sensor)를 설치하고 이로부터 실시간으로 측정된 기상정보를 바탕으로 차량의 구동력과 주행저항의 크기를 극대화하는 적정속도를 VMS를 통하여 제공하는 방안이 필요하다. 목포시에 건설예정인 목포대교를 대상으로 풍속별 적정 속도를 산출한 결과, 연중 평균 풍향인 남풍일 경우 교량의 입지(정남-북)에 따라 남측으로 주행하는 차량에 대하여 풍속이 8m/h이상일 경우에는 평상시와 달리 돌풍을 대비한 여유구동력이 큰 60km/h의 속도를 안내해 주는 것이 바람직 한 것으로 나타났다. 또한 2003년도에 발생한 태풍 매미 시 목포시의 풍속인 18m/s 일 경우 시속 40km/s에서의 주행저항은 1131N으로써, 이미 변속 4단에서의 구동력(약 1054N)으로는 극복할 수 없으므로 3단 이하에서 변속을 하여야 하며, 이때의 적정속도는 주행저항과 구동력간의 차이가 가장 크게 발생하는 40km/h인 것으로 분석되었다.
Kim, Dong Jin;Kim, Sun Young;You, Young Jun;Rhee, Key Pyo;Kim, Seong Hwan;Kim, Yeon Gyu
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권1호
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pp.161-177
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2013
High-speed vessels require good resistance and seakeeping performance for safe operations in rough seas. The resistance and seakeeping performance of high-speed vessels varies significantly depending on their hull forms. In this study, three planing hulls that have almost the same displacement and principal dimension are designed and the hydrodynamic characteristics of those hulls are estimated by high-speed model tests. All model ships are deep-V type planing hulls. The bows of no.2 and no.3 model ships are designed to be advantageous for wave-piercing in rough water. No.2 and no.3 model ships have concave and straight forebody cross-sections, respectively. And length-to-beam ratios of no.2 and no.3 models are larger than that of no.1 model. In calm water tests, running attitude and resistance of model ships are measured at various speeds. And motion tests in regular waves are performed to measure the heave and pitch motion responses of the model ships. The required power of no.1 (VPS) model is smallest, but its vertical motion amplitudes in waves are the largest. No.2 (VWC) model shows the smallest motion amplitudes in waves, but needs the greatest power at high speed. The resistance and seakeeping performance of no.3 (VWS) model ship are the middle of three model ships, respectively. And in regular waves, no.1 model ship experiences 'fly over' phenomena around its resonant frequency. Vertical accelerations at specific locations such as F.P., center of gravity of model ships are measured at their resonant frequency. It is necessary to measure accelerations by accelerometers or other devices in model tests for the accurate prediction of vertical accelerations in real ships.
본 연구에서는 Froude 수 1.0, 길이 약 10 m 급 소형 고속선의 저항성능과 승선감을 향상시키기 위해 선미 끝단에 트림 탭을 부착하여 항주자세를 제어하였고, 트림 탭의 제원에 따른 성능을 확인하기 위해 CFD 해석을 수행하였다. 먼저 선행 연구로부터 수치해석이 수행되는 스케일에 따라 결과에 차이가 있는 것이 확인되었고, 이를 피하고자 실선 스케일에서의 해석을 수행하였다. 부착된 트림 탭의 코드 길이는 LPP의 0.5, 1.0, 1.5 %였으며, 선저 면과의 각도는 5° 간격으로 변화를 주었다. 트림 탭은 선박의 선미트림과 부상량을 감소시키는 효과가 있었으며, 이 효과는 트림 탭의 선저 면과의 각도가 클수록, 코드 길이가 길수록 증가하였다. 이로 인해 압력저항은 감소하고 전단저항은 증가하였으며, 두 성분의 변화량에 따라 전 저항 저감율이 결정되었다. 결과로부터 대상 선박의 최적 항주자세는 약 1.5°의 선미트림으로 특정되었고, 이때 저항성능은 약 27 % 개선되었다.
In Korea, the HEMU-400X(High-speed Electric Multiple Unit-400km/h eXpress) has been developed since 2007 and will be operated over 400km/h in 2013. It is necessary to prepare test-bed section in Honam high-speed railroad to take the maxim running speed test for the HEMU-400X developed. In order to determine proper test-bed sections for the maximum speed of 400km/h, TPS(Train Performance Simulation) program with the data of train model, running resistance, traction power and braking capacity was used to analyze the train performances such as locations, speeds and power consumptions by times. In this study, the specifications of the HEMU-400X project and the route conditions of the Honam high-speed railroad under construction were utilized for the TPS program to determine the optimal test-bed sections for the maximum speed of 400km/h.
The HEMU-400X(High-speed Electric Multiple Unit 400km/h eXperimental) project starts in 2007. It is required to analysis and simulate the train performance throughout the project life cycle for a successful completion of the project. This paper is devoted to the development of a train performance analysis model for the high-speed electric multiple unit 400km/h experimental. The model consist of running resistance model, train model, traction model and braking model. So, this paper represents the results of the train performance analysis.
Energy Saving is one of worldwide emerging issues. These days, applicable techniques of railway vehicle's regenerative energy are investigating in worldwide railway industries. Energy saving methods are "Downsizing energy loss" and "Re-utilizing kinetic energy". Useful plans for Downsizing energy loss are "adjusting operation table" and "optimizing running pattern". Furthermore, regenerative energy that is produced with decreasing speed and stoping, is an important element with reducing vehicle's weight, raising equipment 's efficiency, decreasing running resistance and re-configurating running pattern. Sustainable energy storage mass : Flywheel, EDLC(electrical double layer capacitor) and Secondary battery are applied in overseas, but these cases are not reported within the country. This research is reported for problems and economical validity that comes from by installing sustainable regenerative energy storage system in korean railway industries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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