하이퍼루프 압력파의 실험적 계측 및 공기역학적 특성 분석

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 음속에 가까운 속도인 1,200 km/h 이상의 속도로 주행하는 차세대 육상교통 수단을 의미한다. 하이퍼루프는 진공튜브(~1/1,000 atm) 내부를 음속에 가까운 속도로 주행함에 따라 충격파, 쵸킹 등 일반적인 지상교통수단에서는 볼 수 없는 공기역학적인 현상이 발생하게 된다. 하이퍼루프의 실제 구현을 위해서는 추진부상을 위한 전자레일, 진공튜브와 진공펌프 등 복잡한 시스템과 가/감속구간을 고려하여 최소 수 km 의 공간을 필요로 하는데, 단순히 공기역학적인 부분에만 중점을 두면 진공튜브 내부를 음속에 가까운 속도로 움직이는 이동체를 만들어 내는 것으로 충분하다. 따라서, 복잡한 전자레일 방식 대신에 고압발사 방식을 이용하여 선형동기모터방식 추진을 대신하고, Guide Wire를 이용하여 유도반발식 부상방식을 대신한 하이퍼루프 공력 실험장치를 개발하였다. 개발된 장치는 축소형 차량모델(1/17 th)을 사용하여 1/1,000 atm에서 최고속도 1,200 km/h로 시험이 가능하며, LED 광학 센서를 이용하여 차량모델의 속도를 계측하고 압력센서를 이용하여 진공튜브 내부 압력특성을 계측한다. 계측된 속도와 압력을 이용하여 단순직선튜브의 경우와 분기튜브가 있는 경우, 임계마하수 이상의 속도에서 차량의 전두부에서 발생하는 충격파를 실험적으로 계측하였으며, 충격파의 강도와 전파속도를 분석하였다.