KR101306279B1 - 양력에 의한 경량화 고속 열차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행시에 차체에 양력이 작용하도록 하여 차체의 무게를 경감시킬 뿐만 아니라, 대차에는 다운포스가 작용하도록 함으로써, 레일과 바퀴의 점착력을 높여 주행 안정성을 높이는 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 차체의 길이방향 단면 형상을 비행기의 날개 형상으로 형성하고, 상기 차체의 하부에 구비되는 대차의 양측에 스포일러를 설치하는 것을 특징으로 한다.

Description

양력에 의한 경량화 고속 열차{high-speed train applied weight lightening by lift force}

본 발명은 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행시에 차체에 양력이 작용하도록 하여 차체의 무게를 경감시킬 뿐만 아니라, 대차에는 다운포스가 작용하도록 함으로써, 레일과 바퀴의 점착력을 높여 주행 안정성을 높이는 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것이다.

통상적으로 레일 위를 고속으로 주행하는 철도차량은 전방에 배치되는 동력차에 의해 구동력을 발생시키고, 이 동력차의 후방에 여러 객차가 연결되어 한번에 많은 승객을 실어 장거리를 운행할 수 있게 된다.

이러한 철도차량은 고속화 및 안정성을 주요 과제로 하여 많은 발전을 이루어 왔으며, 최근에 이르러 자기부상열차(Magnetic Levitation Train)나 고속열차(High speed train) 등과 같이 주행속도가 높은 철도차량이 개발되고 있다.

그런데, 철도차량은 공기의 역학적 특성에 따라 공기저항의 차이가 두드러지게 나타날 수 있으며, 특히 동력차의 전두부의 형상에 다라 공기저항을 감소시켜 견인효율을 향상시킬 수 있게 된다.

실질적으로, 철도차량에 있어서의 전두부 구조에 의한 공기저항은 전체적으로 대략 10%정도를 차지하게 되며, 그 이외의 공기저항은 객차의 측면에 의한 것이 대부분이지만 객차의 외관구조 및 그 형태는 거의 유사하기 때문에 객차 구조의 설계변경에 의해 공기저항을 개선하기는 매우 어려운 실정이다.

그래서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 등록특허 제10-0528097호에 기재된 기술이 개발되었는데, 그 기술적 특징은 레일 위를 고속으로 주행하는 철도차량에 있어서, 차량(10)의 지붕(17) 윗면 전후부에 비행기의 날개형상으로 이루어진 양력발생수단이 날개체(18)의 전방부(18a) 및 후방부(18b)의 위치를 서로 반대로 하여 1쌍씩 설치되고, 상기 양력발생수단은, 전방부(18a)로부터 후방부(18b)로 향해 점차 얇아지는 날개체(18)와, 이 날개체(18)를 수평상태로 유지함과 동시에 그 전방부(18a)를 상측으로 밀어올리거나 끌어내릴 수 있도록 설치된 실린더부재(19A, 19B)와, 이 실린더부재(19A,19B)를 작동시키기 위한 구동모터를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

그런데, 등록특허 제10-0528097호에 기재된 기술은 차량(10)의 지붕(17) 윗면에 양력발생수단을 구비함으로써, 철도차량이 고속으로 주행할 때 양력을 발생시켜 철도차량의 하중을 경감시켜 견인효율을 높이는 장점은 있으나, 철도차량에 양력이 발생함으로써, 차량(10)이 가벼워짐으로인해, 차량(10)에 구비된 바퀴와 레일 사이의 점착력이 약해지게 되어, 오히려 견인력이 저감될 뿐만 아니라 주행시의 안정성이 좋지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량의 차체를 비행기 날개 형상으로 형성함으로써, 주행시에 양력이 작용하게 하여 차체의 무게를 가볍게 할 뿐만 아니라, 대차의 측부에 스포일러를 구비하여 대차에는 다운포스가 작용하도록 하여 바퀴와 레일간의 점착력을 높이게 되어 차량의 안정성을 높일 수 있는 양력에 의한 경량화 고속 열차를 제공하는 것이다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 대차의 측부에 형성되는 스포일러를 절첩가능하게 형성하여, 철도차량이 정거장에 정차중인 경우에는 스포일러를 하방으로 절첩함으로써, 이동중인 승객들이 스포일러에 부딛혀 부상당하는 것을 방지할 수 있는 양력에 의한 경량화 고속 열차를 제공하는 것이다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은;

차체의 길이방향 단면 형상을 비행기의 날개 형상으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 차체의 하부에 구비되는 대차의 양측에 스포일러를 설치하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스포일러는 브라켓을 사용하여 설치하되, 상기 브라켓은 절첩되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 대차에 설치되는 바퀴를 크게 형성하여, 차체와 바닥면 사이에 공간이 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 대차에는 능동현가장치가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 차체는 양력이 발생되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

이대, 상기 스포일러는 다운포스가 발생되도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 철도차량의 차체를 비행기 날개 형상으로 형성함으로써, 주행시에 양력이 작용하게 하여 차체의 무게를 가볍게 할 뿐만 아니라, 대차의 측부에 스포일러를 구비하여 대차에는 다운포스가 작용하도록 하여 바퀴와 레일간의 점착력을 높이게 되어 차량의 안정성을 높일 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 대차의 측부에 형성되는 스포일러를 절첩가능하게 형성하여, 철도차량이 정거장에 정차중인 경우에는 스포일러를 하방으로 절첩함으로써, 이동중인 승객들이 스포일러에 부딛혀 부상당하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 양력 발생장치가 구비된 철도차량의 측면도이다.
도 2는 종래의 양력 발생장치가 구비된 철도차량의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 브라켓을 제어하기 위한 구성의 블럭도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다. 그리고, 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시 예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 개념도이고, 도 4는 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 개략적인 단면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 양력에 의한 경량화 고속열차의 브라켓을 제어하기 위한 구성의 블럭도이다.

본 발명은 양력에 의한 경량화 고속열차에 관한 것으로 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 철도차량의 외형을 형성하는 차체(100)가 연결된 열차의 형상을 비행기 날개의 형상을 이루도록 한다. 즉, 하면은 평평하게 형성하고, 상부면은 사다리꼴 형상에 가깝게 형성하여 전부와 후부가 경사지게 형성된다.

그리고, 상기 차체(100)의 하부에 대차(200)가 구비되는데, 상기 대차(200)에 설치된 바퀴(210)의 크기를 일반적인 철도차량에 사용되는 바퀴의 크기보다 크게 형성함으로써, 차체(100)가 바닥면과 일정거리 이격되게 하여 차체(100)와 바닥면 사이로 공기가 안정적으로 유통되게 한다.

그래서, 철도차량이 주행하게 되면, 차체(100)의 하부로 흐르는 공기는 통상적인 속도로 흐르게 되지만, 차체(100)의 상부로 흐르는 공기는 차체(100)가 상부로 볼록하게 형성되기 때문에 볼록한 상부면을 따라 빠른 속도로 흐르게 된다.

이때문에, 차체(100)의 상부에는 압력이 낮아지게 되고, 차체(100)의 하부에는 압력이 높아지게 되어, 차체(100)에 양력이 작용하게 됨으로써, 차체(100)가 상부로 들려지도록 힘이 작용하게 된다.

그래서, 차체(100)의 무게가 양력에 의하여 감소하게 되어, 차체(100)가 가벼워진 만큼 철도차량의 부하가 줄어들게 되어 주행시에 보다 적은 힘으로도 빠른 속도를 낼 수 있게 된다.

한편, 상기 차체(100)의 하부에 설치되는 대차(200)의 양측에는 스포일러(240)가 설치되는데, 상기 스포일러(240)는 별도의 브라켓(230)을 사용하여 대차(200)의 양측에 설치된다.

여기서, 상기 스포일러(240)는 측면 형상이 비행기 날개의 형상을 상하 반전시킨 형상으로 형성되어, 철도차량이 주행시에 공기에 의하여 스포일러(240)에 다운포스가 작용하게 됨으로써, 대차(200)에도 다운포스가 작용되어 대차(200)에 설치된 바퀴(210)와 레일(300)과의 점착력이 높아지게 된다.

그래서, 철도차량이 고속으로 주행하게 되더라도, 바퀴(210)와 레일(300) 사이의 점착력이 좋아, 철도차량이 탈선하는 등의 사고를 예방할 수 있게 되어, 주행안정성이 높아지게 된다.

한편, 상기 차체(100)는 비행기 날개 형상으로 형성되어 주행시에 차체(100)에 양력이 작용하게 되어 차체(100)가 상부로 이동하도록 힘이 작용하게 되고, 상기 대차(200)에는 양측에 스포일러(240)이 설치되어 주행시에 다운포스가 작용하게 된다.

즉, 종래에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 차량(10)의 지붕에 날개체(18)를 형성하여 차량(10)에 양력이 작용하게 하여 차량(10)의 무게를 가볍게 하는 작용을 하였으나, 차량(10) 전체에 양력이 작용하게 됨으로써, 바퀴와 레일간의 점착력이 약해지게 되어 차량(10)이 탈선할 수 있는 위험이 있는 문제점이 있었다.

그런데, 본 발명에서는 차체(100)의 형상을 비행기의 날개 형상으로 형성하여, 차체(100)에는 양력이 작용하게 하여 차체(100)의 무게를 가볍게 하고, 대차(200)에는 스포일러(240)를 설치하여 다운포스가 작용하게 함으로써, 바퀴(210)와 레일(300)간의 점착력을 높여주게 되어, 철도차량이 고속으로 주행할 시에 차체(100)의 무게가 가볍기 때문에 보다 적은 힘으로 빠른 속도를 낼 수 있어 에너지 효율을 높여주고, 대차(200)에는 다운포스가 작용하기 때문에 고속으로 달리더라도 바퀴(210)와 레일(300)간의 점착력이 좋아 탈선하는 등의 사고를 방지하게 된다.

그리고, 상기 대차(200)와 차체(100)를 연결하는 부분에는 능동현가장치(220)가 구비되어 차체(100)에 양력이 작용하게 되어 차체(100)가 상부로 이동하더라도 능동현가장치(220)의 탄성력에 의해 차체(100)가 상부로 이동된 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 한다.

또한, 철도차량의 속도가 줄어들어 상기 차체(100)에 작용하는 양력이 줄어들더라도 상기 능동현가장치(220)의 탄성력에 의하여 차체(100)가 하부로 천천히 이동하도록 함으로써, 철도차량에 탑승하고 있는 승객들의 승차감이 나빠지는 것을 방지하게 된다.

그리고, 상기 대차(200)의 양측에 설치되는 브라켓(230)의 중심부에는 힌지부(미도시)가 형성되어, 상기 브라켓(230)이 절첩가능하게 됨으로써, 철도차량이 승강장에 정차한 경우에는 브라켓(230)을 절첩되도록 하여, 승강장을 이동하는 승객들이 스포일러(240)에 부딛히는 등의 안전사고를 방지하게 된다.

여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 대차(200)에는 실린더(250)가 구비되는데, 상기 실린더(250)의 단부는 상기 힌지부(미도시)의 외측부분의 브라켓(230)과 연결됨으로써, 상기 실린더(250)의 작용에 의해 브라켓(230)을 자동으로 절첩할 수 있게 된다.

그리고, 상기 실린더(250)는 철도차량의 운전부에 별도의 제어부(260)가 구비되어, 운전자에 의해 자동으로 제어하게 된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리 범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

본 발명은 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주행시에 차체에 양력이 작용하도록 하여 차체의 무게를 경감시킬 뿐만 아니라, 대차에는 다운포스가 작용하도록 함으로써, 레일과 바퀴의 점착력을 높여 주행 안정성을 높이는 양력에 의한 경량화 고속 열차에 관한 것이다.

100 : 차체 200 : 대차
210 : 바퀴 220 : 능동현가장치
230 : 브라켓 240 : 스포일러
250 : 실린더 260 : 제어부

Claims (7)

1. 차체의 길이방향 단면 형상을 차체에 양력이 발생되도록 비행기의 날개 형상으로 형성하고,
   상기 차체의 하부에 구비되는 대차의 양측에 다운포스가 발생되도록 스포일러를 설치하며,
   상기 스포일러는 브라켓을 사용하여 설치하되, 상기 브라켓은 절첩되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 양력에 의한 경량화 고속열차.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 대차에는 능동현가장치가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 양력에 의한 경량화 고속열차.
   
6. 삭제
7. 삭제

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