KR101374004B1 - 고속철도차량의 공력소음 저감장치 - Google Patents

고속철도차량의 공력소음 저감장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101374004B1
KR101374004B1 KR1020120043299A KR20120043299A KR101374004B1 KR 101374004 B1 KR101374004 B1 KR 101374004B1 KR 1020120043299 A KR1020120043299 A KR 1020120043299A KR 20120043299 A KR20120043299 A KR 20120043299A KR 101374004 B1 KR101374004 B1 KR 101374004B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
speed railway
aerodynamic noise
vortex
vehicle
noise reduction
Prior art date
Application number
KR1020120043299A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130120214A (ko
Inventor
김정수
한재현
김태민
Original Assignee
홍익대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 홍익대학교 산학협력단 filed Critical 홍익대학교 산학협력단
Priority to KR1020120043299A priority Critical patent/KR101374004B1/ko
Publication of KR20130120214A publication Critical patent/KR20130120214A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101374004B1 publication Critical patent/KR101374004B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G10K11/16—Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/10—Applications
    • G10K2210/128—Vehicles
    • G10K2210/1283—Trains, trams or the like
    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K2210/00—Details of active noise control [ANC] covered by G10K11/178 but not provided for in any of its subgroups
    • G10K2210/30—Means
    • G10K2210/321—Physical
    • G10K2210/3214—Architectures, e.g. special constructional features or arrangements of features

Abstract

본 발명은 부엉이 깃을 생체모방한 와류억제깃이 형성된 고속철도 공력소음 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속철도차량이 주행할 시 차간공간에서 발생하는 공력음을 저감하고자, 고속철도차량의 차간공간에 설치되는 플레이트형 몸체와, 상기 몸체의 후방으로 돌출형성한 복수개의 와류억제깃이 포함되고, 상기 몸체는 플레이트로 형성하고, 상기 와류억제깃은 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm인 원통형으로, 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성될 수 있으며, 상기 와류억제깃은 일측 방향으로 10~20°로 편향되게 형성될 수 있고, 상기 와류억제깃은 그 종단을 만곡 돌출되게 형성되거나, 상기 와류억제깃은 그 종단으로 갈수록 협소하게 형성될 수 있으며, 더불어 상기 몸체의 일단에 'T'자 형상의 결합부가 형성되고, 상기 결합부가 삽입되어 결합되는 제1결합홈이 일측에 형성되며, 타측에는 상기 고속철도차량의 단부가 끼워져 결합되는 제2결합홈이 형성된 결합부재를 포함할 수 있는 고속철도의 공력소음 저감장치를 제공한다.
따라서 최적화된 부엉이 깃 형상에서 착안한 와류억제깃이 형성된 몸체를 고속철도차량의 차간공간에 설치하면, 공력소음의 주원인인 차간공간으로 유입되는 유동을 와류억제깃이 분산시켜 외부로 배출되고, 차간공간으로 유입되는 유동이 와류억제깃을 타고 외부로 흐르기 때문에 유동이 표면에서 떨어져 나가는 박리현상을 지속화시켜, 급격한 유동변화를 감소시키며, 압력변동도 함께 감소시켜, 급격한 유동변화와 압력변동에 따른 공력소음을 저감할 수 있고, 결합부재로 고속철도차량에 와류억제깃이 형성된 몸체를 탈착 가능하도록 구성함으로써, 차량의 외관상 심미감을 저해하지 않으며, 공력소음 저감장치를 유지보수할 시 많은 비용이 필요하지 않다.

Description

고속철도차량의 공력소음 저감장치{Aerodynamic Noise Reduction Device for High Speed train}
본 발명은 부엉이 깃을 생체모방한 와류억제깃이 형성된 고속철도차량의 공력소음 저감장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 끝단에 설치하는 몸체에 와류억제깃이 형성되어, 상기 와류억제깃이 유체의 흐름을 제어하고, 작은 와류를 발생시켜, 작은 와류 생성에 의해 큰 와류 생성이 방해되어, 고속철도 차간공간에서 발생하는 공력소음을 저감하는 고속철도차량의 공력소음 저감장치에 관한 것이다.
일반적으로 고속철도차량은 고속화를 목표로 연구되고 있으나, 고속화에 따른 소음과 진동의 증가로 승객의 안락함과 철도변 주거지역에 악영향을 미치는 것은 주지된 사항이다.
특히 고속철도차량의 속도가 200km/h이상이 되면, 고속철도차량 주변 유체가 난류의 박리와 와류발산 등이 발생하고, 이에 따른 공력 소음이 크게 증가하게 된다.
현재 고속철도차량은 200km/h 이상의 속도를 목표로 연구되고 있기 때문에, 그에 따른 공력 소음 증가는 피할 수 없는 문제로 자리 잡고 있다.
이러한 고속철도차량의 공력소음을 유발은 철도차량(객차)과 철도차량(객차)을 연결하는 차간공간과 차량 보기(Bogie)에 있는데, 상술한 차간공간과 차량 보기(Bogie)에 의해 유동이 불안정하게 되어 유동박리가 일어나고, 이에 따른 공력 소음이 발생하게 된다.
이러한 소음을 저감하여 탑승객에게 안락한 승차감을 주고, 외부에 소음의 피해를 최소화하고자 부단한 노력으로 여러 제안이 되었는데, 그중 차량과 차량 사이인 차간공간에서 발생하는 소음을 줄이고자 다음과 같이 제공하였다.
대한민국 등록실용신안 제20-0202088호(2000.08.28)에서는 차량과 차량을 연결시켜 사이에 통로로 차량과 차량간을 이동하는 승객들에게 유효공간으로 이용되는 연접장치의 연결부위를 통하여 소음이 새어 들어오지 못하도록 차단할 수 있도록, 연접장치의 외측단에 일체로 형성된 고정부와, 상기 고정부의 일단에 끼워져 고정되도록 끼움부를 갖는 실링고무편과, 상기 고정부에 실링고무편의 대향되는 위치에 체결되며, 그 사이에 차량의 차체고정부가 끼워져 길이방향으로 맞닿음되는 브러쉬로 이루어진 경전철 소음방지장치를 제공한다.
대한민국 등록실용신안 제20-0211873호(2000.11.16)에서는 복수개의 천을 접합시켜 외부소음이 실내로 유입되는 것을 최대한 차단함과 동시에 내구강성과 유지보수성도 향상시킬 수 있도록, 4각형 지지프레임의 외주면에 둘러져 한쪽방향으로 루우프형상이 되도록 연결막이 박음질로 고정되되, 이 연결막이 졸 타포린에 아라미드를 2중으로 설치한 구조로 외피가 구성되고, 상기 아라미드외측에 흡음재와 레자를 차례로 두르고 졸 타포린으로 마감처리된 구조로 이루어지는 한편, 하부면에 상기 지지프레임의 횡방향으로 슬라이드파스너를 부착하여 이루어진 철도차량의 차량간 연결막을 제공한다.
대한민국 등록특허 제10-0358023호(2002.10.10)에서는 철도차량의 공기역학적 형상을 변경시킬 수 있는 장치, 즉 공동에 의해 그 외측표면에 발생된 이동(주행)에 대한 유동부의 공동 공기항력을 감소시키도록, 외부벽을 따라서 공기 유동부가 생성되고 공동이 존재하는 외부벽과, 상기 공동에 의해 생성된 공기항력을 감소시키기 위한 장치를 구비한 철도차량으로서, 상기 공동은 전방 모서리와 공기 유동부 방향으로 전방 모서리로부터 분리된 후방 모서리를 구비하고, 상기 장치는 차량의 외부 벽에 평행하게 배치되고 공동의 전방 모서리를 중첩하는 블레이드을 포함한 유동부의 공동 공기항력을 감소시키는 장치를 갖춘 철도차량을 제공한다.
상술한 바와 같이 종래에는 고속철도차량의 고속 주행에 의해 발생하는 소음을 저감하기 위해 고속철도차량의 전두부를 공기역학적으로 공기저항을 최소화하여 설계하거나, 보기에 스커트 장착 및 차간 공간에 커버를 부착하여 소음을 저감 시키고자 하나, 상기 스커트 장착은 소음원 자체를 저감시키기 보다는 소음원의 전파 과정을 방해해 스커트 장착에 따른 환경소음은 저감되지만, 역으로 고속철도차량의 실내 소음이 증가하는 문제가 발생하였다.
또한 커버 장착의 경우 소음원 자체를 저감시키지만, 유지보수에서 많은 비용이 발생하게 되었다.
본 발명은 최적화된 부엉이 깃 형상에서 착안한 와류억제깃이 형성된 몸체를 고속철도차량의 차간공간에 설치하면, 공력소음의 주원인인 차간공간으로 유입되는 유동을 와류억제깃이 분산시켜 외부로 배출되도록 하고, 유동이 표면에서 떨어져 나가는 박리현상을 지속화시켜, 급격한 유동변화를 감소시키며, 압력변동도 함께 감소시켜, 이에 따른 공력소음을 저감할 수 있는 고속철도차량의 공력소음 저감장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
본 발명은 고속철도차량이 주행할 시 차간공간에서 발생하는 공력음을 저감하고자, 고속철도차량이 주행할 시 차간공간에서 발생하는 공력음을 저감하고자, 고속철도차량의 차간공간에 설치되는 플레이트형 몸체와, 상기 몸체의 후방으로 돌출형성된 복수개의 와류억제깃이 포함되는 고속철도의 공력소음 저감장치를 구성하는데, 상기 몸체의 일단에 'T'자 형상의 결합부가 형성되고, 상기 결합부가 삽입되어 결합되는 제1결합홈이 일측에 형성되며, 타측에는 상기 고속철도차량의 단부가 끼워져 결합되는 제2결합홈이 형성된 결합부재를 포함한다.
이때 본 발명에 따른 상기 몸체는 플레이트로 형성되고, 상기 와류억제깃은 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm인 원통형으로, 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 상기 와류억제깃은 일측 방향으로 10~20°로 편향되게 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 상기 와류억제깃은 그 종단을 만곡 돌출되게 형성되거나, 상기 와류억제깃은 그 종단으로 갈수록 협소하게 형성될 수 있다.
더불어 본 발명에 따른 상기 몸체의 일단에 'T'자 형상의 결합부가 형성되고, 상기 결합부가 삽입되어 결합되는 제1결합홈이 일측에 형성되며, 타측에는 상기 고속철도차량의 단부가 끼워져 결합되는 제2결합홈이 형성된 결합부재가 더 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 고속철도차량의 공력소음 저감장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 최적화된 부엉이 깃 형상에서 착안한 와류억제깃이 형성된 몸체를 고속철도차량의 차간공간에 설치하면, 공력소음의 주원인인 차간공간으로 유입되는 유동을 와류억제깃이 분산시켜 외부로 배출되도록 해 공력소음을 저감할 수 있다.
둘째, 차간공간으로 유입되는 유동이 와류억제깃을 타고 외부로 흐르기 때문에 유동이 표면에서 떨어져 나가는 박리현상을 지속화시켜, 급격한 유동변화를 감소시키고, 압력변동도 함께 감소시켜, 급격한 유동변화와 압력변동에 따른 공력소음을 저감할 수 있다.
셋째, 결합부재로 고속철도차량에 와류억제깃이 형성된 몸체를 탈착 가능하도록 구성함으로써, 차량의 외관상 심미감을 저해하지 않으며, 공력소음 저감장치를 유지보수할 시 많은 비용이 필요하지 않다.
도 1은 본 발명에 따른 고속철도차량의 공력소음 저감장치의 구성을 보인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 종단을 만곡 돌출되게 형성된 것을 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 종단으로 갈수록 협소하게 형성된 것을 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명 고속철도차량의 공력소음 저감장치를 고속철도의 차간공간에 설치한 상태를 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 유동(풍동) 흐름을 나타낸 예시도이다.
도 6는 본 발명의 구성에 따른 제어인자의 기준을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 구성에 따른 제어인자별 주 효과도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 구성에 따른 제어인자의 교호 작용도를 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 스케일 비에 따른 소음저감효과를 나타낸 그래프이다.
도 10은 종래의 고속철도차량 종단에서 발생하는 유동의 모습을 보인 예시도이다.
도 11은 본 발명 고속철도차량의 공력소음 저감장치에서 발생하는 유동의 모습을 보인 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 고속철도차량의 공력소음 저감장치의 구성을 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 종단을 만곡 돌출되게 형성된 것을 보인 예시도이며, 도 3은 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 종단으로 갈수록 협소하게 형성된 것을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명 고속철도차량의 공력소음 저감장치를 고속철도의 차간공간에 설치한 상태를 보인 예시도이며, 도 5는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 유동(풍동) 흐름을 나타낸 예시도이고, 도 6는 본 발명의 구성에 따른 제어인자의 기준을 나타낸 예시도이며, 도 7은 본 발명의 구성에 따른 제어인자별 주 효과도를 나타낸 그래프이고, 도 8은 본 발명의 구성에 따른 제어인자의 교호 작용도를 나타낸 그래프이며, 도 9는 본 발명의 구성에 따른 와류억제깃의 스케일 비에 따른 소음저감효과를 나타낸 그래프이고, 도 10은 종래의 고속철도차량 종단에서 발생하는 유동의 모습을 보인 예시도이며, 도 11은 본 발명 고속철도차량의 공력소음 저감장치에서 발생하는 유동의 모습을 보인 예시도이다.
먼저 본 발명은 부엉이 깃털은 비행소음을 저감시킨다고 상정하고, 이 기능의 모방모델을 구축하여, 이에 따른 공력소음 저감장치를 구성한다.
부엉이 깃에 의한 소음억제는 볼텍스 제너레이터(Vortex Generator : 와류발생장치)에 있고, 공력소음은 기류의 와류가 일어나 발생하는데, 부엉이의 경우, 부엉이 깃털에 의해 깃 주위로 작은 와류를 발생시키고, 이는 큰 와류의 발생을 방해하여 공력 소음을 억제한다.
본 발명의 일 실시 예를 도 1 내지 도 4를 참조하여 살펴보면, 고속철도의 공력소음 저감장치는 고속철도차량의 차간공간에 설치되는 플레이트형 몸체(10)가 구성되는데, 상기 몸체(10)는 플레이트형이다.
그리고 상기 몸체(10)의 후방으로 돌출형성된 복수개의 와류억제깃(20) 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm인 원통형으로, 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성되는 것이 바람직하다.
또한 상기 와류억제깃(20)은 일측 방향으로 10~20°로 편향되게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고 상기 와류억제깃(20)은 그 종단을 만곡 돌출되게 형성되거나, 상기 와류억제깃(20)은 그 종단으로 갈수록 협소하게 형성되는 것이 바람직하다.
더불어 상기 몸체(10)의 일단에 'T'자 형상의 결합부(11)가 형성되고, 상기 결합부(11)가 삽입되어 결합되는 제1결합홈(31)이 일측에 형성되며, 타측에는 상기 고속철도차량의 단부가 끼워져 결합되는 제2결합홈(32)이 형성된 결합부재(30)가 포함될 수 있다.
상기한 본 발명의 요지인 몸체(10)와, 와류억제깃(20)을 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
먼저 상기 몸체(10)는 전체적으로 플레이트 형상으로 크기 및 두께는 한정하지 않는다.
그리고 상기 몸체(10)의 일단에는 'T'자 형상의 결합부(11)를 길이를 따라 형성되고, 타단에는 와류억제깃(20)이 형성된다.
상기 와류억제깃(20)은 원형통의 형상을 형성되고, 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm로 상기 몸체(10)에서 돌출형성되는데, 상기 몸체(10)를 평면을 기준으로 보았을 때 X축 방향으로 10~20°또는 -10~-20°로 편향되게 형성되는 것이 바람직한다.
그리고 상기 와류억제깃(20)의 종단은 도 2에 보는 바와 같이 만곡 돌출하게 형성되거나, 도 3에 보는 바와 같이 상기 와류억제깃(20)의 종단은 후단으로 갈수록 협소하게 형성될 수 있다.
또한 상기 와류억제깃(20)은 상기 몸체(10)를 따라 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 와류억제깃(20)의 길이, 직경, X축 방향, 간격을 한정하여 형성한 이유는 다음의 실험에서 알 수 있듯이, 와류억제깃(20)의 길이, 직경, X축 방향, 간격을 한정한 범위를 벗어나 와류억제깃(20)을 형성하게 되면, 공력소음을 저감하고자 하는 실효성이 낮아지기 때문이다.
더불어 상기 결합부재(30)는 상기 몸체(10)를 고속철도차량의 종단에 고정하기 위해 것으로, 일측에는 상기 몸체(10)의 결합부(11)가 삽입되어 결합하는 제1결합홈(31)을 형성하고, 대향측에는 상기 고속철도차량의 단부인 머드플립(도시하지 않음)이 끼워져 결합되는 제2결합홈(32)이 형성된다.
이때 상기 제2결합홈(32)은 상기 고속철도차량의 단부인 머드플립(도시하지 않음)이 끼워지면 외부에서 고정수단인 볼트로 체결하여 고정해 고속철도차량이 주행할 시 유체에 의해 진동하지 않도록 하고, 탈부착이 가능되어 차간공간 정비나 사용수명을 다했을 시 몸체를 교체함에 있어 불편함이 없게 된다.
본 발명을 실시함에 따라 얻을 수 있는 객관적 효과는 다음 실험에 의해 알 수 있는데, 도 6과 표 1에서와 같이 제어인자(와류억제깃의 길이, X축각도, Z축각도, 굵기(직경), 간격)를 5인자로 정하고 각 수준을 3수준으로 정한다.

제어인자
 수 준 단위
1 2 3
길이 (A) 10 12 14 mm
X축각도 (B) 0 15 30 Deg
Z축각도 (C) 0 15 30 Deg
굵기(직경) (D) 1 2 3 mm
간격 (E) 1 2 3 mm
표 2는 직교배열법을 통해 할당한 직교배열표를 나타낸 것으로, 표 2에서 보는 바와 같이 잡음인자가 일정하게 적용되는데, 이는 해석 시뮬레이션 수행 시 직교배열에 영향을 주지 않기 위함이다.
No. A B C D E 잡음인자
1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 1 2 1
3 1 1 1 1 3 1
4 1 2 2 2 1 1
5 1 2 2 2 2 1
6 1 2 2 2 3 1
7 1 3 3 3 1 1
8 1 3 3 3 2 1
9 1 3 3 3 3 1
10 2 1 2 3 1 1
11 2 1 2 3 2 1
12 2 1 2 3 3 1
13 2 2 3 1 1 1
14 2 2 3 1 2 1
15 2 2 3 1 3 1
16 2 3 1 2 1 1
17 2 3 1 2 2 1
18 2 3 1 2 3 1
19 3 1 3 2 1 1
20 3 1 3 2 2 1
21 3 1 3 2 3 1
22 3 2 1 3 1 1
23 3 2 1 3 2 1
24 3 2 1 3 3 1
25 3 3 2 1 1 1
26 3 3 2 1 2 1
27 3 3 2 1 3 1
수치해석을 통한 와류량 비교하기 위해 와류억제깃(20)을 모델링하는데, 표 2의 직교배열표의 27케이스의 와류억제깃(20)을 캐드모델링 프로그램을 사용하여 모델링하고, 계산 효율을 증대시키기 위해 와류억제깃(20)의 갯수를 3개로 한정하여 모델링한다.
수치해석 격자구성에는 하이퍼메쉬(Hypermesh)를 이용하였으며, 고속철도차량표면 격자와 해석영역을 미소한 제어체적으로 분할 격자망을 형성하였고, 계산 격자는 약 60만 ~ 80만개의 테트러히드럴(tetrahedral)격자로 구성한다.
경계조건 및 지배방정식은 입구에서 유입되는 공기의 밀도, 온도, 점도는 모든 경우에 대하여 표 3과 같이 고정하였으며 출구에서는 유동이 자유롭게 빠져나가도록 설정한다.
Fluid (air)
Density(밀도) 1.225 kg/m³
Temperature(온도) 288.16 K
Viscosity(점도) 1.7894e-05 kg/m-s
이때 경계조건으로 입구에서 유입되는 공기의 속도를 55.56m/s로 균일하게 설정하였는데, 모델링의 벽면은 유체가 흐르는 수직방향의 벽에 유입되는 유속과 동일한 속도로 움직이는 무빙 웰(moving wall)로 설정해 자유장에서 유동이 흐르는 효과를 내도록 한다.
그리고 표 4에서 보는 바와 같이 지배방정식으로는 내비어 스톡스(Navier-Stokes) 방정식을 이용하여 해석을 수행하였고, 난류 모델은 상용 유동해석 소프트웨어인 플루언트(FLUENT)에서 제공하는 스탠다드 케이-엡실론 2방정식(Standard k-epsilon 2 equation) 모델을 사용하였으며, 압력장을 풀기 위해서 연속방정식으로부터 압력을 계산할 수 있는 방정식을 유도하여, 속도와 압력을 연관시켜 계산하는 "세미 임플리시트 메소드 포 프레셔 링크트 이퀘이션(Semi Implicit Method for Pressure-Linked Equation algorithm)"을 사용한다.
Condition
Governing equation Continuity & Time averaged
Navier-Stokes equation
Turbulence model Standard k-ε (2 equation)
Pressure term SIMPLE algorithm
상기한 모델링의 실험에 따라 유동에 의해 발생하는 와류를 와류강도(Swirling strength)로 확인하여, 각 케이스의 와류량을 시뮬레이션한다.
표 5에 보는 바와 같이 와류억제깃(20)을 형성하지 않은 기본모델의 경우에는 와류강도(Swirling strength)가 766.67인 반면에, 24케이스의 경우 와류강도(Swirling strength)가 663.14로 와류억제깃(20)을 형성하지 않은 기본모델보다 적게 발생된다.
No. Swirling strength (S-¹)
base 766.67
1 1429.21
2 3217.92
3 1358.52
4 2418.97
5 2192.49
6 2585.50
7 3380.04
8 2718.63
9 3088.09
10 1518.71
11 1419.91
12 1541.22
13 4375.47
14 4806.74
15 1505.82
16 1490.74
17 1461.86
18 1653.63
19 2824.29
20 2937.50
21 1218.26
22 663.37
23 673.38
24 663.14
25 1196.61
26 1219.74
27 1144.08
따라서 표 5를 보는 바와 같이 와류의 강도(Swirling strength)가 적을수록 와류량이 적어지기 때문에 망소특성에 해당되며 SN비(signal-to-noise ratio)는 아래의 공식에 의해서 계산된다.
Figure 112012033097593-pat00001
각 케이스의 SN비(signal-to-noise ratio) 계산 결과를 이용한 각 인자별 주 효과도는 도 7에 도시하였고, 각 인자별 교호 작용도는 도 8에 도시하였다.
상술한 바와 같이 상기 와류억제깃(20)의 길이와 Z축의 각도가 신호대 잡음비에 가장 큰 영향을 주는 요인으로 작용하는 것을 확인할 수 있으며, 이는 와류억제깃(20)의 길이와 Z축 각도가 와류량에 민감한 인자인 것을 알 수 있다.
표 6은 각 인자가 와류량에 미치는 영향이 민감한 정도를 순위로 나타내었다.
수준 길이 X축각도 Z축각도 직경 간격
1 2488 1939 1396 2250 2143
2 2196 2206 1692 2087 2291
3 1390 1928 2984 1736 1640
민감도 1098 278 1586 515 651
순위 2 5 1 4 3
정상상태 유동해석에 기반한 생성 와류량의 비교를 통하여 도출된 와류 생성 인자를 이용하여 표 7과 같이 최적의 와류억제깃의 형상을 선정하였다.
제어인자 선정값 단위
길이 14 mm
X축각도 15 Deg
Z축각도 0 Deg
직경 3 mm
간격 3 mm
상기한 표 7의 선정값을 기준(스케일 1)으로 와류억제깃(20)의 스케일 비(스케일 1, 스케일 1.5, 스케일 2, 스케일 3, 스케일 4)에 따른 소음저감효과를 분석해 보면, 도 9에 보는 바와 같이 베이스모델(철도차량의 종단인 머드플랩)에 비해 스케일2(주파수별 공력소음 레벨의 피크값 비교)의 소음저감효과가 제일 큰 것을 알 수 있다.
따라서 도 9의 그래프를 참고로 상기 와류억제깃(20)은 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm인 원통형으로, 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성되는 것이 바람직하고, 상기 와류억제깃(20)이 일측 방향으로 10~20°로 편향되게 형성되는 것이 바람직하다.
도 10에 보는 바와 같이 종래 고속철도차량의 차간공간에서는 머드플랩 끝단에서 바로 차간공간 전단의 벽면을 타고 흐르다 머드플랩 끝단에서 떨어져 나가는 박리현상이 일어나 많은 와류를 생성되었다.
도 11에 보는 바와 같이 상기 와류억제깃(20)에 의해 유체의 흐름이 변화하는 것을 확인할 수 있는데, 상기 와류억제깃(20)에 의해 흐르는 유체가 깃 형상을 타고 흐르게 되고, 이는 박리현상이 지속화되는 효과를 가져와 와류량과 압력변동을 감소하여 소음을 저감하게 된다.
따라서 상기한 실험에 의해 본 발명을 고속철도차량의 차간공간에 설치하면 차간공간에서 발생하는 공력 소음의 전체 소음도를 3 dB 이상 저감시키고, 특히 100 ~ 630 Hz 대역에서 큰 저감 효과를 보이는데, 이는 큰 와류의 생성이 방해되어 소음원 자체가 크게 감소한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 몸체 11: 결합부
20: 와류억제깃 30: 결합부재
31: 제1결합홈 32: 제2결합홈

Claims (6)

  1. 고속철도차량이 주행할 시 차간공간에서 발생하는 공력음을 저감하고자, 고속철도차량의 차간공간에 설치되는 플레이트형 몸체와, 상기 몸체의 후방으로 돌출형성된 복수개의 와류억제깃이 포함되는 고속철도의 공력소음 저감장치에 있어서,
    상기 몸체의 일단에 'T'자 형상의 결합부가 형성되고, 상기 결합부가 삽입되어 결합되는 제1결합홈이 일측에 형성되며, 타측에는 상기 고속철도차량의 단부가 끼워져 결합되는 제2결합홈이 형성된 결합부재를 포함하는 고속철도의 공력소음 저감장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 몸체는 플레이트로 형성하고,
    상기 와류억제깃은 길이가 21~27mm, 직경이 5~7mm인 원통형으로, 5~7mm의 간격으로 서로 이격되게 형성되는 고속철도의 공력소음 저감장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 와류억제깃은 일측 방향으로 10 ~ 20°로 편향되게 형성되는 고속철도의 공력소음 저감장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 와류억제깃은 그 종단을 만곡 돌출되게 형성되는 고속철도의 공력소음 저감장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 와류억제깃은 그 종단으로 갈수록 협소하게 형성되는 고속철도의 공력소음 저감장치.
  6. 삭제
KR1020120043299A 2012-04-25 2012-04-25 고속철도차량의 공력소음 저감장치 KR101374004B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120043299A KR101374004B1 (ko) 2012-04-25 2012-04-25 고속철도차량의 공력소음 저감장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120043299A KR101374004B1 (ko) 2012-04-25 2012-04-25 고속철도차량의 공력소음 저감장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130120214A KR20130120214A (ko) 2013-11-04
KR101374004B1 true KR101374004B1 (ko) 2014-03-19

Family

ID=49850960

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120043299A KR101374004B1 (ko) 2012-04-25 2012-04-25 고속철도차량의 공력소음 저감장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101374004B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104462704B (zh) * 2014-12-17 2017-07-14 吉林大学 一种汽车a柱及汽车侧窗附近气动噪声分析方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH072103A (ja) * 1993-06-16 1995-01-06 Hitachi Ltd 車両用外ほろ
JP2000125403A (ja) 1998-10-16 2000-04-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 集電舟体
JP2001001892A (ja) 1999-06-16 2001-01-09 Kawasaki Heavy Ind Ltd 転落防護装置
JP2002145059A (ja) 2000-11-07 2002-05-22 Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd 鉄道車両の連結部外幌

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH072103A (ja) * 1993-06-16 1995-01-06 Hitachi Ltd 車両用外ほろ
JP2000125403A (ja) 1998-10-16 2000-04-28 Kawasaki Heavy Ind Ltd 集電舟体
JP2001001892A (ja) 1999-06-16 2001-01-09 Kawasaki Heavy Ind Ltd 転落防護装置
JP2002145059A (ja) 2000-11-07 2002-05-22 Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd 鉄道車両の連結部外幌

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130120214A (ko) 2013-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105814367B (zh) 用于排气装置的吸声元件
WO2013106120A3 (en) Device, assembly, and system for reducing aerodynamic drag
CN203550165U (zh) 一种空调回风道
CN108118811B (zh) 低噪声单元式通风幕墙系统
KR101374004B1 (ko) 고속철도차량의 공력소음 저감장치
KR101997819B1 (ko) 상부구조 및 샤시를 포함하는 상용차
US20100317277A1 (en) Air outlet
JP2015120451A (ja) 車両下部構造
JP2010116075A (ja) 併結編成車両
CN205736779U (zh) 一种客车空调用降噪过渡风道
CN110271409B (zh) 用于机动车辆的前部
CN105584636A (zh) 设置有改进的空气调节系统的航空器
CN105501429A (zh) 飞行器以及用于飞行器的通风腔室的空气交换系统
JP6656416B2 (ja) エレベーター装置
CN205076050U (zh) 一种可更换薄盒式组合吸声通风管道结构
CN109383765A (zh) 用于暴露的起落架腔的减阻装置
JP4887545B2 (ja) 鉄道用車両
BR102016027686A2 (pt) Panel assembly with noise attenuation system equipped with a geometric pattern for acoustic impedance by air
Kale et al. Air flow through a non-airconditioned bus with open windows
CN202319988U (zh) 一种汽车座椅通风装置
CN211308439U (zh) 一种汽车底盘降噪装置
CN101590912A (zh) 一种旅客机客舱供、排气系统
FU et al. Noise control of a rearview mirror by using a slotted base support
JP6355159B2 (ja) 車両前部構造
JP2017074836A (ja) 車両換気構造

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170605

Year of fee payment: 4

LAPS Lapse due to unpaid annual fee