실 주행열차의 윤중변동에 대한 정량적 분석

초록

철도에서 고속운전과 관련하여 공진에 대한 문제이외에 주행속도와 함께 증대되는 윤중 변동의 문제를 들 수 있다. 일반적으로 이러한 윤중 변동은 레일의 들림이 있거나 차륜이 레일에서 떨어져 주행하는 경우에 의해 발생되며 미소 요철 구간에서도 발생되는 것으로 보고되고 있다. 일반적으로 윤중 변동에 대한 이론적인 접근방식은 차량 및 궤도의 상태와 궤도파괴의 입장에서 주행안전과 관련하여 다루어지지만 실제 선로에서 변동되는 윤중에 대한 정량적인 측정값은 부족한 상태이다. 따라서 본 논문에서는 동적전단변형율 측정기법을 이용하여 주행선상에서 변동되는 윤중을 측정하고 이에 대한 변동특성을 정량적으로 분석하였다.발표된 연구결과들에 따르면 방음벽 상단의 모서리 영역의 음향임피던스를 최소화 시키는 방법이 흡음재료나 간단한 기하학적인 변형을 통한 간섭의 효과를 이용하는 것보다 벽으로 인한 음장 감쇄효과를 더 높이는 것으로 나타났다. 이러한 모서리를 실현시키는 수동적 방법 (passive control method) 으로 가장 적합한 것은 방음벽 상단 모서리에 공진성 흡음을 이용하는 것이며 공진 주파수에서 최대의 감쇄효과를 보이게 된다. 방음벽 상단에 부착된 공진기 (Helmholtz-, ?/4-공진기)는 중간 및 고주파수 영역에서 부착을 하지 않은 방음벽보다 높은 효과를 보였으나 저주파 영역에서는 큰 효과가 없으며 효과를 보이는 주파수 대역폭이 한정되어 있고, 공진기 구조의 특성상 오히려 역효과를 내는 주파수 대역이 존재한다는 결론이 나왔다. 효과가 증진되는 주파수 대역을 넓히기 위해서는 한 예로 다양한 길이의 ?/4-공진기를 부착하거나 기하학적으로 여러 가지 다른 변형을 주는 등 다소 복잡한 구조적인 변형들이 요구된다. 주파수가 낮아질수록 요구되는 공진기의 크기는 증가하며 일반적으로 저주파수 영역의 방음을 위해서는 벽의 높이를 높여야 한다. 방음벽 연구에 능동소음제어기술 (active noise control) 이 도입이 된 것은 저주파수 영역에 효과적이고 벽의 높이를 높이지 않아도 되는 장점등이 있기 때문이다. 이 논문에서는 우선 표면임피던스 (Z) 를 임의로 선택할 수 있는 원통을 반무한 평면에 부착시킨 형태의 이론모델을 설정하여 파동방정식을 통해서 음장을 계산하기 위한 이론을 세운다. 반무한 평면의 상단에 부착된 원통표면의 임피던스를 제2음원으로 능동제어하여 주요 파라메터들이 이 음장에 미치는 영향을 관찰, 설명하고 최적의 조건들을 찾아낸다. 무향실에서 1:2 크기의 모델을 세워서 numeric계산을 통해서 얻은 주요 결과들을 확인하며, 실제 측정에서 나타나는 요소들이 음장의 능동제어에 미치는 요소들을 알아본다."