진공 튜브 단면 형상에 따른 하이퍼루프 공기저항에 관한 연구

초록

하이퍼루프는 육상교통 수단의 최고속도 제한의 원인인 휠-레일(혹은 바퀴-바닥)의 기계적 저항을 자기부상/추진 방식을 이용하여 없애고, 공기저항을 진공튜브를 이용하여 획기적으로 줄여 1,200 km/h 이상의 속도로 주행하는 차세대 육상교통 수단을 의미한다. 추진/부상, 진공튜브 등 실제 서브시스템을 모두 구현한 장치의 부재로 하이퍼루프의 공기역학적인 측면에서의 연구는 전적으로 전산유체해석 기반의 시뮬레이션 결과에 의존하고 있으며, 공기저항에 큰 영향을 미치는 진공튜브와 차량의 형상은 이상적인 원형 단면을 가지는 경우에 대한 결과들이 주를 이루고 있다. 하지만 자기부상/추진 방식을 이용함에 따라 진공튜브 내에 전자기 코일로 구성된 가이드웨이와 전자레일이 존재하며, 이에 따라 진공 튜브의 단면 형상은 원형이 아니라 특정한 형태를 가지게 된다. 또한 이러한 진공 튜브 단면 형상과 단면적은 공기저항에 영향을 미치게 된다. 따라서 본 연구에서는 가이드웨이와 전자레일을 포함하는 경우의 진공튜브 단면형상을 고려하여, 진공 튜브 내 하이퍼루프 차량의 상대위치와 부상 공극 및 현실적인 측면에서 고려 가능한 다양한 진공 튜브 단면 형상에 따른 공기저항을 전산유체해석을 이용하여 확인하였다. 그 결과, 동일한 진공 튜브에서 부상공극에 따른 공기저항의 차이는 거의 없었으며, 튜브의 형상 변화와 이에 따른 폐색율의 변화에 의해 공기저항은 크게 영향을 받음을 확인하였다.