차세대 고속열차 판토그라프 공력특성 해석

초록

전기 철도차량의 고속화에 따라 공기저항이 차량에 미치는 영향이 대두되면서 이미 차량 형상 설계에 공기저항을 고려한 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 차량의 외부에 도출되어 차량의 주행에 따른 공기 저항뿐만 아니라 양력의 영향을 가장 크게 받게 되는 판토그라프의 설계에 있어서 공력 특성 연구는 전차선과의 이선을 줄이기 위해 필수적인 고려사항으로 대두되었다. 고속차량용 판토그라프의 경우는 고속영역에서 속도의 제곱에 비해하게 커지는 양력을 감소시키기며, 판토그라프의 방향에 상관없이 전후 양방향에도 양력의 변화가 크지 않도록 하기위해 에어포일과 스포일러을 적용하여 사용하고 있다. 본 연구에서는 유동 수치해석을 통해 최근 430km/h 주행을 위해서 개발이 진행되었던 초고속용 판토그라프의 형상변경에 따른 공력특성에 대하여 해석을 통해 평가하고자 한다. 수치해석은 변경(안)에 대하여 판토그라프 구성부위별 양력을 도출하였으며, 전후방을 고려한 Open Knee의 경우와 Close Knee의 경우에 대한 해석을 진행하였다. 본 수치연구에서는 CFD 분야에서 많은 검증을 통해 신뢰성을 인정받고 있는 상용 전산유체 program인 Fluent를 사용하여 유동을 계산하고 해석하였다.