풍동실험을 통한 철도 노반상 자갈의 비산 특성 연구

초록

철도차량의 고속화와 더불어 공력 저항 및 소음, 승차감, 안정성 등 많은 문제들이 대두되었다.[6] 이 중 고속주행에 의해 비산(飛散)된 도상 자갈은 차체하부에 부딪혀 각종 기기들에 손상을 입히는 등 매우 심각한 문제를 야기할 수 있다. 자갈비산의 원인으로는 차체하부의 열차풍 등 공기역학적인 원인이 주된 것으로 알려져 있으나[1], 아직 정확한 원인과 그와 관련된 메커니즘이 상세히 연구되지는 못하였다. 그러나 자갈의 비산 특성을 규명하기 위한 수치 해석의 경우 차량 하부 영역이 전체의 유동 영역에 비해 매우 작기 때문에 철도 차량의 3차원 해석 시 매우 많은 격자가 필요하다.[5] 이는 필연적으로 계산 시간의 증가와 함께 해석 상 많은 어려움을 야기한다. 본 연구에서는 풍동 시험을 수행함으로써 해석상의 어려움을 해결함과 동시에 자갈의 비산 특성을 연구하고자 하였다. 이를 위해 우선 경부고속철도 본선에 도포된 자갈을 질량 및 형상을 기준으로 하여 통계적으로 분류하였다. 이렇게 분류된 자갈들을 풍동 내부에 놓고, 풍속을 높여가면서 유속에 대한 질량 및 형상별 자갈의 비산 특성을 살펴보았다. 또한 풍동 내부에 철도 침목의 모형을 놓고, 그 사이에 자갈을 적층시킨 후 풍속을 높여가면서 적층된 자갈의 거동을 관찰하였다. 상기의 실험 결과들을 바탕으로 자갈비산 특성을 규명하고자 하였다."