KR101402786B1 - 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체의 후미부 상단 곡면부에 회전체를 설치하여 철도차량의 주행 시 후미부 상단에서 발생되는 유동박리의 위치를 지연시키게 함으로써 박리에 의한 압력감소를 억제하여 공기저항을 줄일 수 있도록 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것이다.
본 발명은 철도차량용 공기저항 감소장치에 있어서, 철도차량용 차체의 후미부 상단 곡면부에는 공기의 흐름 방향으로 회전하는 회전체가 설치된 것을 특징으로 한다.

Description

회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치 {Air drag reduction device for railway vehicles using a rotating body}

본 발명은 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체의 후미부 상단 곡면부에 회전체를 설치하여 철도차량의 주행 시 후미부 상단에서 발생되는 유동박리의 위치를 지연시키게 함으로써 박리에 의한 압력감소를 억제하여 공기저항을 줄일 수 있도록 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것이다.

일반적으로 철도차량은 주행중 발생되는 공기저항을 줄이기 위하여 전두부 및 후미부를 유선형으로 설계하고 있다.

하지만, 철도차량의 경우 타 교통수단에 비해 길이가 긴 특성에 따라 표면에서 발생되는 표면 마찰저항에 의한 공기저항이 상대적으로 커지게 되므로 유선형의 전두부 형상만으로는 공기저항의 특성을 향상시키는데에 한계가 있는 실정이다.

최근들어, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 능동형 공기저항 저감장치를 고속철도차량에도 설치하여 공기저항을 감소시킬 수 있도록 함으로써 고속철도의 공기저항 특성을 향상시키기 위한 연구가 다양한 방법으로 진행되고 있다.

하지만, 현재까지 제시되고 있는 공기저항 감소장치들은 모두 차체의 외측으로 돌출되어 있어 고속주행시 오작동 및 부품 파손 등의 문제점이 발생할 수 있다.

그 일례로, 미국등록특허 제06321659호에는 유선화된 말단부를 갖는 철도차량이 개시되어 있는데, 그 주요 기술적 특징은 도 1에 나타낸 바와 같이, 적어도 하나의 간소화된 테이퍼를 이루는 말단부(2)를 포함하는 차량 본체(1)에 있어서, 한측면 벽의 부분을 넘어 연장되는 요홈을 한정하는 표면을 포함하는 말단부(2)와, 상기 말단부(2)의 지붕 위에서 측벽사이에 확장되고 말단부(2)의 타측 벽의 부분 위에서 하향인 어센딩 측벽과 지붕을 가지는 차량 본체 말단부(2)의 표면으로부터 밖으로 주변에 확장된 연장부에서 말단부에서 요홈에 수용된 후퇴 위치로 말단부에 있는 요홈에서 위치하고 움직일 수 있는 기류 디플렉터 장치(6) 및 확장된 그리고 후퇴 위치 사이의 기류 디플렉터 장치(6)를 작동하기 위한 말단부에 있는 요홈에서 위치한 드라이브 장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

하지만, 상기 구성 또한 철도차량의 주행시 기류 디플렉터 장치(6)가 차체의 상부로 돌출되는 것이므로 고속주행시 오작동 및 부품 파손 등의 문제점이 발생될 수 있고, 기류 디플렉터 장치(6)의 활성화를 위해 호스와 같은 드라이브 장치를 사용하므로 고속주행시 공기저항에 의해 기류 디플렉터 장치(6)의 활성화 상태가 유지되기 어려워져 균일한 효과를 얻기 어려운 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 차체의 후미부 상단 곡면부에 차체의 표면을 따라 회전하는 회전체를 설치하여 철도차량의 고속 주행 시 후미부 상단에서 발생되는 유동박리를 억제하여 박리에 의한 압력 감소 현상을 줄임으로써 압력차에 의한 압력저항을 감소시킬 수 있도록 하는 철도차량용 공기저항 감소장치를 제공에 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

철도차량용 공기저항 감소장치에 있어서, 철도차량용 차체의 후미부 상단 곡면부에는 공기의 흐름 방향으로 회전하는 회전체가 설치된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 회전체는 차체의 폭방향으로 다수 개로 분리 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전체의 종단면은 차체의 후미부 상단 곡면부의 곡률반경과 동일한 반경을 갖는 원으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 공기저항 감소장치는 그 외측에 회전체가 결합되도록 하여 차체의 상단부 내측에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결 설치되는 구동모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 구동모터에는 철도차량의 주행 속도에 따라 구동모터의 회전속도를 제어하는 제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 차체의 후미부 상단 곡면부에 차체의 표면을 따라 회전하는 회전체를 설치하여 철도차량의 고속 주행 시 후미부 상단에서 발생되는 유동박리를 억제하여 박리에 의한 압력 감소 현상을 줄임으로써 압력차에 의한 압력저항을 감소시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면, 단순한 구성으로 차량의 주행시 발생하는 공기의 압력저항을 줄임으로써 보다 안정적인 주행이 가능하도록 함과 동시에 차량의 주행에 소비되는 연료량을 저감시킬 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 종래의 유선화된 말단부를 갖는 철도차량의 일부 모습을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 일실시예를 나타낸 부분 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 작동관계를 개념적으로 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 다른 실시예를 나타낸 부분 사시도.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 설치상태를 개략적으로 나타낸 측면도.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 일실시예를 나타낸 부분 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 작동관계를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치의 다른 실시예를 나타낸 부분 사시도이며, 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명의 설치상태를 개략적으로 나타낸 측면도이다.

본 발명은 차체(10)의 후미부(14) 상단 곡면부(16)에 회전체(110)를 설치하여 철도차량의 주행 시 후미부(14) 상단에서 발생되는 유동박리의 위치를 지연시키게 함으로써 박리에 의한 압력감소를 억제하여 공기저항을 줄일 수 있도록 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 철도차량의 차체(10)의 후미부(14) 상단 곡면부(16)에 설치되는 회전체(110)를 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 회전체(110)는 차체(10)의 상부(12)와 후미부(14) 사이의 연결부에 형성되는 곡면부(16)에 설치되어 철도차량의 주행 방향과는 반대되는 방향, 즉 철도차량의 차체(10) 상부(12)를 통과하는 공기의 흐름 방향으로 회전함으로써 차체(10)의 후미부(14) 표면에서의 공기 흐름이 차체(10)의 표면으로부터 이탈되지 않도록 강제적으로 공기의 흐름방향을 전환시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 철도차량의 고속 주행시 차체(10)의 후미부(14)에서는 차체(10)의 상부(12)를 통과하는 공기의 흐름에 의한 상승기류가 생성되어 차체(10)의 후미부(14)에서의 기압(P2)은 차체(10) 전방의 기압(P1)에 비해 저압 상태가 된다.

하지만, 차체(10)의 상부(12)와 후미부(14) 사이의 연결부에 형성되는 곡면부(16)에 공기의 흐름 방향으로 회전하는 회전체(110)를 설치하는 경우, 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 차체(10)의 상부(12) 표면을 통과하는 공기의 흐름이 회전체(110)의 회전에 의해 차체(10)의 표면으로부터 벗어나지 않고 차체(10)의 후미부(14) 형상을 따라 흘러가게 되어 차체(10) 후미부(14)에서의 압력저하 현상을 줄일 수 있게 되는 것이다.

따라서, 상기와 같은 회전체(110)의 회전에 의해 차체(10)의 상부(12)를 통과하는 공기흐름의 이탈에 의한 후미부(14)에서의 압력저하를 억제시킴으로써 차체(10)의 후미부(14)에서의 기압(P3)이 회전체(110)가 설치되지 않은 차체(10)의 후미부(14)에서의 기압(P2)보다 커지게 되고, 그에 따라 차체(10) 전방의 기압(P1)과의 압력차가 줄어들게 되므로(P1-P2 > P1-P3) 철도차량의 고속 주행시 발생되는 압력저항이 감소되는 것이다.

이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 차체(10)에 하나의 회전체(110)를 설치할 수도 있고, 경우에 따라서는 도 4에 나타낸 바와 같이 다수의 회전체(110)를 차체(10)의 폭방향으로 분리하여 설치할 수도 있다.

즉, 회전체(110)를 다수 개로 분리하여 설치하는 경우, 어느 하나의 회전체(110)가 작동되지 않거나 파손되는 경우에도 나머지 회전체(110)들에 의해 압력저항을 감소시킬 수 있고, 유지 보수 또한 용이하게 된다.

또한, 회전체(110)가 설치되는 차체(10)의 크기를 고려하여 회전체(110)의 설치 개수를 결정할 수도 있음은 물론이다.

그리고, 상기 회전체(110)는 그 종단면, 즉 후술할 회전축(120)과 수직을 이루는 단면이 원형을 이루도록 하여 그 반경이 차체(10)의 후미부(14) 상단 곡면부(16)의 곡률반경과 동일하도록 형성되는데, 그 이유는 회전체(110)가 차체(10)의 곡면부(16)로부터 돌출되거나 함몰되지 않도록 하기 위함이다.

즉, 철도차량의 고속 주행 중 회전체(110)가 차체(10)의 외측으로 돌출되는 경우, 회전체(110)로 인한 추가적인 공기저항이 발생될 수 있고, 회전체(110)가 차체(10)의 내측으로 함몰되는 경우에는 회전체(110)의 회전에 의한 공기 흐름의 유도효과가 발생되지 않을 수 있으므로, 회전체(110)로 인한 추가적인 공기저항이 발생되지 않으면서도 회전체(110)의 회전으로 인한 공기 흐름의 유도 효과가 최대화될 수 있도록 하기 위하여 회전체(110)의 종단면을 그 반경이 차체(10) 곡면부(16)의 곡률반경과 동일한 원형으로 형성하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치(100)는 회전축(120)과 구동모터(130)를 더 포함하여 구성되는데, 상기 회전축(120)은 그 외측에 회전체(110)가 결합되는 것으로, 차체(10)의 상단부 내측에 폭방향으로 설치된다.

또한, 상기 구동모터(130)는 회전축(120)에 연결 설치되어 회전축(120)을 회전시키는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 회전체(110)가 다수 개로 분리 설치된 경우에는 각각의 회전체(110)에 회전축(120)과 구동모터(130)가 별도로 설치될 수도 있음은 물론이다.

한편, 상기 구동모터(130)에는 제어부(140)가 연결 설치될 수도 있는데, 상기 제어부(140)는 철도차량의 주행 속도에 따라 구동모터(130)의 회전 속도를 제어하는 역할을 하는 것이다.

즉, 전술한 바와 같이, 철도차량의 주행 중 차체(10)의 상부(12) 표면을 통과하는 공기의 흐름이 회전체(110)의 회전에 의해 차체(10)의 표면으로부터 벗어나지 않고 차체(10)의 후미부(14) 형상을 따라 흘러가도록 하기 위해서는 회전체(110)의 회전속도가 철도차량의 주행속도와 어느 정도 일치하여야 하므로, 상기 제어부(140)를 통해 철도차량의 주행 속도에 따른 구동모터(130)의 회전 속도를 제어함으로써 공기의 흐름 방향 전환이 보다 효과적으로 일어날 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 차체(10)의 후미부(14) 상단 곡면부(16)에 차체(10)의 표면을 따라 회전하는 회전체(110)를 설치하여 철도차량의 고속 주행 시 후미부(14) 상단에서 발생되는 유동박리를 억제하여 박리에 의한 압력 감소 현상을 줄임으로써 압력차에 의한 압력저항을 감소시킬 수 있고, 단순한 구성으로 차량의 주행시 발생하는 공기의 압력저항을 줄임으로써 보다 안정적인 주행이 가능하도록 함과 동시에 차량의 주행에 소비되는 연료량을 저감시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명은 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차체의 후미부 상단 곡면부에 회전체를 설치하여 철도차량의 주행 시 후미부 상단에서 발생되는 유동박리의 위치를 지연시키게 함으로써 박리에 의한 압력감소를 억제하여 공기저항을 줄일 수 있도록 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치에 관한 것이다.

10 : 차체 12 : 상부
14 : 후미부 16 : 곡면부
100 : 공기저항 감소장치 110 : 회전체
120 : 회전축 130 : 구동모터
140 : 제어부

Claims (5)

1. 철도차량용 공기저항 감소장치에 있어서,
   철도차량용 차체의 후미부 상단 곡면부에는 공기의 흐름 방향으로 회전하는 회전체가 설치되되,
   상기 공기저항 감소장치는 그 외측에 회전체가 결합되도록 하여 차체의 상단부 내측에 설치되는 회전축과, 상기 회전축에 연결 설치되는 구동모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 회전체는 차체의 폭방향으로 다수 개로 분리 형성된 것을 특징으로 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전체의 종단면은 차체의 후미부 상단 곡면부의 곡률반경과 동일한 반경을 갖는 원으로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 구동모터에는 철도차량의 주행 속도에 따라 구동모터의 회전속도를 제어하는 제어부가 연결 설치된 것을 특징으로 하는 회전체를 이용한 철도차량용 공기저항 감소장치.
   
   
   
   

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