전체 공기저항 저감을 위한 전후대칭열차 전두부 형상 최적설계

초록

고속열차의 전두부 형상 설계는 양방향으로 운행되는 특성을 고려하여 전체 편성차량의 공기저항을 목표로 해야 한다. 이를 위해 특히 후미부에서의 정확한 후류 모사가 필요하므로 3차원 형상 모델링이 필수적이다. 3차원 형상을 자유롭게 모사할 수 있는 열차형상함수를 이용하여 고속열차 전두부 형상 최적설계를 수행하였다. 열차형상은 3량길이의 유선형 형상으로 구성하였고 Navier-stokes 방정식을 이용하여 공기저항 해석을 진행하였다. 전체공기저항을 고려한 전두부 형상을 적용한 열차 모델은 기본형상모델에 비해 전체공기저항이 약 5.8% 감소하였다. 최적 전두부 형상의 낮게 깔리면서 세로로 긴 형상 특징은 열차 뒤쪽 전두부 끝단 근처의 회전 유동을 약화시켜 전체 공기저항을 감소시킨다. 선두차량 주변보다는 후미차량 주변에서의 유동의 변화가 공기저항 감소에 더 많은 기여를 하였다.