KR101958759B1 - 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체는 터널입구의 전방에 구비되는 후드; 후드의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격 형성된 복수의 개구부; 및 하나 이상의 개구부의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부를 포함하되, 복수의 개구부는 후드의 입구로부터 제1길이가 이격된 후드의 상단에서 후드의 하단으로 경사진 형태로 형성된다.

Description

상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체{SHARK BIOMIMETIC HOOD INSTALLING AT THE TUNNEL ENTRANCE}

본 발명은 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 고속열차가 터널에 진입할 때 압력파가 생성되어 터널의 끝을 향하여 음속으로 전파된다. 이러한 압력파의 일부분은 충격성 소음/진동의 형태로 터널 출구로부터 외부로 방사되는데 이를 미기압파(micro-pressure wave, sonic boom)라고 부르며, 터널 근처의 민가에서는 폭발음의 환경소음과 함께 심한 저주파 진동을 느끼게 한다. 이로 인해 철도 터널을 설계하는데 있어서 미기압파를 저감하는 것은 매우 중요하다.

이에 따라, 종래에는 터널 미기압파를 줄이기 위해서 터널의 단면적을 크게 하는 방법, 열차의 앞 부분을 뾰족하게 하는 방법, 그리고 터널 입구에 단면이 점진적으로 줄어드는 후드를 설치하는 방법이 개발되었다. 그러나 터널 단면적을 크게 하는 방법은 터널 공사비가 많이 든다는 단점이 있고, 열차의 앞 부분을 길게 하거나 터널 입구에 단면적이 점진적으로 줄어드는 후드를 설치하는 방법은 미기압파를 줄이는 데에 한계가 있었다.

한편, 최근 자연에서 볼 수 있는 디자인적 요소들이나 생물체의 특성들의 연구 및 모방을 통해 사람에게 유용한 기술을 개발하는 생체모방 기술이 대두되고 있다. 물고기나 상어의 입안 아가미는 호흡(아가미 자체 세부 필라멘트 구조의 가스교환)을 위한 역할과 입안에서 형성되는 고압의 물을 배출하는 역할을 한다. 특히 상어가 입(mouth)을 벌리고 고속 유영(游泳) 중에는 유선형 입(mouth)의 형상 때문에 물의 유입구가 서서히 좁아지며 후단에 존재하는 아가미의 개방 면적이 평상시 보다 넓어진다. 이러한 구조로 고압의 물을 양쪽 아가미 측면으로 배출하고 압력구배(시간에 대한 압력상승 기울기)도 감소시킨다.

따라서, 상어가 입을 벌리고 고속 유영(游泳) 시에 입의 단면적 변화와 입안 아가미 구조를 터널 입구 후드에 적용하여 고속열차 진입에 의하여 압축되는 공기의 적절한 배출과 시간에 대한 압력 상승 기울기를 저감시키기 위한 철도터널설계 개발이 필요하다. 터널 내부에서의 압력상승 기울기가 저감되면 터널 출구에서의 미기압파는 감소된다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 후드의 상단에서 하단을 향해 경사진 형태로 형성된 개구부와 개구부의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부를 구비함으로써, 터널 내부에서의 압력상승 기울기를 저감시키는 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체를 제공하는데 그 목적이 있다.

다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체는 터널입구의 전방에 구비되는 후드; 후드의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격 형성된 복수의 개구부; 및 하나 이상의 개구부의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부를 포함하되, 복수의 개구부는 후드의 입구로부터 제1길이가 이격된 후드의 상단에서 후드의 하단으로 경사진 형태로 형성된다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 의하면, 복수의 개구부 및 하나 이상의 개구부의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부를 구비함으로써, 터널에서의 압력파의 상승을 보다 효과적으로 지연시켜 압력구배 상승 지연 효과를 극대화시킬 수 있다.

더불어 터널의 미기압파 저감(압력구배 상승 지연)에 있어 보다 탁월한 성능을 기대할 수 있어, 터널 출구에서 방사되는 미기압파(소닉-붐)에 의한 폭발음과 이로 인한 주변민가에 미치는 저주파 진동을 저감시킬 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 횡단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 추가 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 주행시험을 설명하기 위하여 개구부에 의한 면적당 개구율이 상이한 후드모델을 도시한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 터널입구로부터 이격된 제1길이 및 제2길이를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 개구율이 상이한 후드모델에 따른 터널 미기압파 저감율 실험결과를 도시한 도면이다.
도 9는 종래의 후드모델과 본 발명의 일 실시예에 따른 후드모델의 실험결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드모델의 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 후드모델의 터널 미기압파 저감율 실혐결과를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드모델을 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 후드모델의 터널 미기압파 저감율 실험결과를 도시한 도면이다.
도 14는 도 6, 도 9, 도10 및 도11에 도시된 후드모델에 대한 터널 미기압파 저감율 실험결과를 비교한 표이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.

도 1a를 참조하면, 본 발명의 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체는 터널(0) 입구의 전방에 구비되는 후드(1), 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격 형성된 복수의 개구부(10) 및 하나 이상의 개구부(10)의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부(20)를 포함하되, 복수의 개구부(10)는 후드(1)의 입구로부터 제1길이(L4)가 이격된 후드(1)의 상단에서 후드의 하단으로 경사진 형태로 형성될 수 있다. 이때 제1길이(L4)는 후드(1)의 상단의 입구로부터 후드(1)의 상단에 구비된 개구부(10)의 후단과 인접한 위치까지의 거리를 의미하며, 상세한 설명은 도 7을 참조하여 후술하도록 한다.

이에 따라 본 발명의 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체는 후드(1)의 하단으로 경사진 형태로 형성된 개구부(10)에 의해, 종래 대비 터널(0) 입구(또는 출구) 앞에 설치된 후드(1)의 길이가 비교적 짧음에도 불구하고, 터널(0) 내부에서의 압력상승 기울기를 효과적 저감시킬 수 있다.

구체적으로, 도 1a를 참조하면 본 발명의 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체는 후드(1), 개구부(10), 굴뚝부(20) 및 수평 통풍관(30)을 포함한다.

후드(1)는 터널(0) 입구의 전방에 구비되며, 동일한 횡단면의 형상을 가지며 소정의 길이로 연장되도록 형성될 수 있다. 여기서 후드(1)의 횡단면의 형상은 다각형, 아치형 및 사각형 중 하나의 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정된 것은 아니다.

개구부(10)는 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격되어 복수개 형성될 수 있다. 여기서, 복수의 개구부(10)는 후드(1)의 입구로부터 제1길이(L4)가 이격된 후드(1)의 상단에서 후드(1)의 하단으로 경사진 형태로 형성될 수 있다.

예시적으로, 후드(1)의 입구로부터 제1길이(L4) 이내의 천장면과 후드(1)의 양측 벽면은 개구부(10)에 의한 개구율이 상이하되, 후드(1)의 천장면의 개구율이 가장 크고, 후드(1)의 양측 벽면의 개구율은 동일하게 형성될 수 있다.

예시적으로, 도 1a를 참조하면 각각의 개구부(10)는 후드(1)의 상측에서 하측으로 갈수록 터널(0) 입구로부터 이격되는 길이가 커질 수 있다. 또한 개구부(10)는 후드(1)의 상측에서 하측으로 갈수록 개구 면적이 작아지도록 형성될 수 있다.

굴뚝부(20)는 하나 이상의 개구부(10)의 주변에 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1a에 도시된 것처럼, 상술한 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격 형성된 모든 개구부(10)의 주변에 굴뚝부(20)가 형성될 수 있다. 또한 후술하는 도 4에 도시된 것처럼, 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면의 상측에 구비된 개구부(10)의 주변에만 굴뚝부(20)가 형성될 수도 있다.

굴뚝부(20)는 후드(1)의 외측 또는 내측으로 돌출 형성된 복수의 판 부재(21-24)를 포함한다. 이때, 복수의 판 부재(21-24)는 개구부(10)의 형상이 사각형일 경우, 터널(0) 입구와 가장 인접하게 위치하며, 열차의 진행 방향과 마주보는 면에 배치되는 제1판 부재(21), 제 1 판 부재(21)와 서로 이웃하는 제2판 부재(22) 및 제3판 부재(23), 제2 및 제3 판 부재(22, 23)와 서로 이웃하는 제4 판 부재(24)로 구성되거나, 제 1 내지 제 3 판 부재(21-23)로 구성되는 것이고, 개구부(10)의 형상이 삼각형일 경우, 제1 내지 제3 판 부재(21-23)로 구성될 수 있다.

예시적으로, 도 1a에 도시된 것처럼, 굴뚝부(20)는 개구부(10)의 주변에 돌출 형성되되, 후드(1)의 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 일 예로, 후드(1)의 천장면 또는 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 사각형인 경우, 굴뚝부(20)는 제1 내지 제4판 부재(21-24)로 이루어질 수 있다. 다른 예로, 후드(1)의 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 삼각형인 경우, 굴뚝부(20)는 제1 내지 제3판 부재(21-23)로 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1 내지 제4 판 부재(21-24)는 동일한 높이로 형성될 수 있다. 즉, 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면에 구비된 굴뚝부(20)는 동일한 높이로 형성될 수 있다.

고속열차 진입에 의하여 후드(1) 내부에서는 공기가 압축되지만, 후드(1) 내부의 공기를 개구부(10)를 통하여 배출 확산하여 압력 상승 시간을 지연시킨다. 이 때 후드(1) 외부로 배출 확산하는 공기의 일부가 개구부(10) 가장자리를 통하여 순간적으로 끌려 들어오는데 굴뚝부(20)가 이를 막아주는 역할을 하며 굴뚝부(20)의 높이는 높을수록 효과적이다. 고속열차의 진입에 의하여 개구부(10) 가장자리를 통하여 순간적으로 끌려 들어오는 공기의 일부를 막아주면 후드(1)에서의 압력 상승시간 지연에 더 효과적이다.

도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 횡단면도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면 수평 통풍관(30)은 후드(1)의 양측 벽면에 복수개 형성되되, 열차의 진행 방향과 마주보도록 형성될 수 있다. 즉, 수평 통풍관(30)은 고속열차 진입에 의하여 후드(1) 내부에서 압축되는 압력 상승의 일부를 배출함으로서 압력 상승 시간을 지연시키고 더불어 수평 통풍관(30)을 통과하는 압축파의 적어도 일부를 팽창파로 반사시키는 유로의 역할을 할 수 있다.

예시적으로, 도 1a에 도시된 것처럼 수평 통풍관(30)은 터널(0)의 입구로부터 개구부(10)의 후단까지의 이격 거리 내에 배치되되, 터널(0)의 입구와 인접한 위치에 배치될 수 있다.

일 예로, 도 1b에 도시된 것처럼 수평 통풍관(30)은 터널(0)의 입구와 인접한 후드(1)의 후단부에 상하로 병렬 배치되어 복수개로 형성되되, 후드(1)의 내측에 위치하여 열차의 진행 방향과 마주보도록 형성된 수평 유입부(31), 후드(1)의 외측에 위치하는 유출부(33) 및 수평 유입부(31)와 유출부(33)를 연결하는 중간부(미도시)로 구성될 수 있다. 이때 중간부는 후드(1)의 내측과 외측을 관통하도록 형성될 수 있다.이에 따라, 수평 유입부(31)로 유입되어 중간부 및 유출부(33)로 전달되는 압축파의 일부는 유출부(33)에서 팽창파의 형태로 반사될 수 있다.

또한 반사된 팽창파는 수평 통풍관(30)으로 유입되는 압력 상승 의 일부와 중첩되면서 이를 상쇄시키거나 감쇄시켜, 후드 내부의 전체적인 압력 상승 시간을 지연시킬 수 있다. 즉, 수평 통풍관(30)은 압축파를 방사시킬 뿐만 아니라 수평 통풍관(30)으로 전파되는 압축파 중 일부를 자유단 반사를 통해 되돌려 후드 구조체 내부의 압력상승 의 상쇄 또는 감쇄를 유발하는 압축파 반사용 덕트의 역할까지 할 수 있다.

이와 같은 수평 통풍관(30)은 열차가 후드(1)에 고속 진입할 경우, 압력 상승을 1차로 지연시키는 개구부(10) 및 굴뚝부(20)와 더불어 2차로 공기압의 압력 상승 시간을 지연시켜, 본 발명의 후드 구조체의 압력 저감 기능을 효율적으로 상승시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 다양한 실시예를 상세히 설명하고자 한다.

상술한 도 1a 및 도 1b에 도시된 구성 중 동일한 기능을 수행하는 구성의 경우 설명을 생략하기로 한다. 다만, 이하에서 설명하고자 하는 후드 구조체는 본 발명의 하나의 다른 예에 불과하며, 구성 요소들을 기초로 하여 여러 가지 변형이 가능하다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 추가 실시예에 따른 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 사시도이다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드 구조체를 설명하면, 굴뚝부(20)는 가장 큰 높이로 형성되는 제1 판 부재(21), 제1 판 부재(21) 보다 작은 높이로 형성되는 제2 내지 제4 판 부재(22-24)를 포함하되, 제2 내지 제4판 부재(22-24)는 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

일 예로, 후드(1)의 천장면 또는 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 사각형인 경우, 개구부(10)의 후단에 위치하며 열차 진행 방향과 마주보는 제1판 부재(21)는 가장 큰 높이로 형성되고, 나머지 제2 내지 제4판 부재(22-24)는 동일한 높이로 형성될 수 있다. 다른 예로, 후드(1)의 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 삼각형인 경우, 개구부(10)의 후단에 위치하며, 열차 진행 방향과 비스듬히 마주보는 제1판 부재(21)는 가장 큰 높이로 형성되고, 제2 및 제3판 부재(22-23)는 동일한 높이로 형성될 수 있다.

또한, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드 구조체를 설명하면, 굴뚝부(20)는 가장 큰 높이로 형성되는 제1 판 부재(21), 제 1 판 부재(21) 보다 작은 높이로 형성되는 제4 판 부재(24), 전단 부분과 후단 부분의 높이가 상이하게 형성되는 제2 및 제3 판 부재(22, 23)를 포함하되, 제2 및 제3 판 부재(22, 23)의 후단 부분은 제1 판 부재(21)와 동일한 높이를 갖도록 형성되되, 제2 및 제3 판 부재(22, 23)의 1/3 이하의 길이로 형성되고, 제2 및 제3 판 부재(22, 23)의 전단 부분은 제4 판 부재(24)와 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

일 예로, 후드(1)의 천장면 또는 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 사각형인 경우, 개구부(10)의 후단에 위치하며, 열차 진행 방향과 마주보는 제1판 부재(21) 및 제1판 부재(21)와 인접한 제2 및 제3판 부재(22, 23)의 후단 부분은 가장 큰 높이로 형성되되, 제2 및 제3판 부재(22, 23)의 1/3 이하의 길이로 형성되고, 나머지 제4판 부재(24)와 제4판 부재(24)와 인접한 제2 및 제3판 부재(22, 23)의 전단 부분은 낮은 높이로 형성될 수 있다. 다른 예로, 후드(1)의 양측 벽면에 형성된 개구부(10)가 삼각형인 경우, 개구부(10)의 후단에 위치하며, 열차 진행 방향과 비스듬히 마주보는 제1판 부재(21) 및 제1판 부재(21)의 상측과 인접한 제2판 부재(22)의 후단 부분은 가장 큰 높이로 형성되되, 제2판 부재(22)의 절반 이하의 길이로 형성되고, 나머지 제3판부재(23)의 상측과 인접한 제2판 부재(22)의 전단 부분은 낮은 높이로 형성될 수 있다.

즉, 가장 큰 높이로 형성된 제1판 부재(21)를 포함하는 굴뚝부(20)에 의해, 본 발명의 다른 실시예에 따른 본 발명의 후드 구조체는 동일한 높이로 형성된 굴뚝부(20)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 후드 구조체보다 미기압파 저감율이 더욱 향상될 수 있다.

도 4를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드 구조체를 설명하면, 굴뚝부(20)는 소정의 높이로 형성되는 제1 판 부재(21), 후단 부분에서 전단 부분으로 갈수록 기울어지도록 형성되는 제2 및 제3 판 부재(22, 23)를 포함하되, 제2 및 제3 판 부재(22, 23)의 후단 부분은 제1 판 부재(21)와 동일한 높이를 갖도록 형성될 수 있다.

예시적으로, 후드(1)의 천장면 또는 양측 벽면에 형성된 복수의 개구부(10)는 사각형으로 형성되고, 양측 벽면에 형성된 개구부(10)의 형상은 후드(1)의 상측에서 후드(1)의 전단 하측으로 갈수록 경사지게 형성되되, 최 하측의 개구부(10)가 삼각형으로 형성될 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 굴뚝부(20)는 후드(1)의 천장면 및 천장면과 인접한 양측 벽면의 상측의 개구부(10)에만 외측으로 돌출 형성될 수 있다. 이때 굴뚝부(20)는 개구부(10)의 후단에 위치하며, 열차 진행 방향과 마주보는 제1판 부재(21), 개구부(10)의 후단 부분에서 전단 부분으로 갈수록 기울어지도록 형성된 제2 및 제3판 부재(22, 23)가 제1판 부재(21)와 서로 이웃하도록 형성될 수 있고, 제1판 부재(21)와 맞닿은 제2 및 제3판 부재(22, 23)의 후단 부분은 동일한 높이로 형성될 수 있다. 다른 예로, 후드(1)의 천장면 및 천장면과 인접한 양측 벽면의 상측의 개구부(10)에만 굴뚝부(20)가 형성될 경우, 굴뚝부(20)는 도 1a에 도시된 것과 같이, 동일한 높이를 갖는 제1 내지 제4판 부재(21-24)로 형성될 수 있다.

즉, 후드(1)의 천장면 및 천장면과 인접한 양측 벽면의 상측의 개구부(10)에만 형성된 굴뚝부(20)에 의해, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드 구조체는 동일한 높이로 형성된 굴뚝부(20)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 후드 구조체보다 미기압파 저감율이 더욱 향상될 수 있다.

도 5를 참조하여 본 발명의 추가 실시예에 따른 후드 구조체를 설명하면, 굴뚝부(20)는 후드(1)의 외측 및 내측으로 돌출 형성된 제1 내지 제4판 부재(21-24)를 포함할 수 있다. 예시적으로, 굴뚝부(20)는 도 1a에 도시된 후드(1)의 외측으로 돌출된 제1 내지 제4판 부재(21-24)에 각각 연장되어 후드(1)의 내측으로 소정의 길이가 돌출 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도2 내지 도4에 도시된 굴뚝부(20)의 형태에도 적용될 수 있다.

이하에서는 도 6 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체의 주행 실험결과를 설명하도록 한다.

도 6은 본 발명의 주행시험을 설명하기 위하여 개구부에 의한 면적당 개구율이 상이한 후드모델을 도시한 사시도이고, 도 7은 본 발명의 터널입구로부터 이격된 제1길이 및 제2길이를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7의 개구율이 상이한 후드모델에 따른 터널 미기압파 저감율 실험결과를 도시한 도면이다.

본 발명의 주행시험에서, 1 : 64.2 축척 시험모델을 사용하였으며, 열차모델의 속도는 터널진입속도를 기준으로 200km/h, 250km/h, 275km/h 속도에 대하여 각각 5회 이상 실험을 수행하였다. 또한 실험실 내부의 대기압과 온도에 따른 속도변화를 보정하기 위해, 공기압 실린더 내부의 발사압력을 열차모델 속도를 기준에 맞추었고 속도에 대한 오차가 1% 이내의 데이터만을 획득하였다.

도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 후드 구조체의 후드모델(A107)로서, 굴뚝부(20)를 구비하지 않은 형태이고, 도 6의 (b)는 본 발명의 추가 실시예에 따른 후드 구조체의 후드모델(B107)로서, 굴뚝부(20)를 구비하지 않은 형태이고, 도 6의 (c)는 기존의 후드 모델(C107)로서, 경사 갱구형태를 도시한 것이다.

도 7의 (a)는 도 6의 후드 모델 중 A107형의 측면을 도시한 것이고, 도 7의 (b)는 도 6의 후드 모델(A107-C107)의 후드(1) 내측 표면적에 대한 개구율을 설명하기 위한 도면이다.

도 7의 (a)를 참조하면 제1길이(L4)는 후드(1)의 상단의 입구로부터 후드(1)의 상단에 구비된 개구부(10)의 후단과 인접한 위치까지의 거리를 의미한다. 즉, 제1길이(L4)는 복수의 개구부(10)가 구비된 후드(1)의 전단 부분까지의 길이를 의미한다. 또한, 후드(1)의 장변의 길이에 대하여 전체 개구부(10)의 장변의 길이 중 가장 큰 길이를 갖는 하나의 개구부(10)의 장변의 길이(L4)와 대응할 수 있다.

도 7의 (b)를 참조하면, 각 후드 모델(A107-C107)의 제1길이(L4)에 대한 개구율을 나타내며, A107형은 34.2%이고, B107형은 25.9%이고, C107형은 46.7%이다.

이 경우, 도 8을 참조하면, 각 후드 모델(A107-C107)의 미기압파 저감율의 실험결과 A107형의 미기압파 저감율이 78.7%로 가장 높은 것을 알 수 있다.

이에 따라, 이하의 본 발명의 주행 실험시에 A107형의 후드 모델을 사용하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 굴뚝부(20)의 미기압파 저감효과를 설명하도록 한다.

도 9는 종래의 후드모델과 본 발명의 일 실시예에 따른 후드모델의 실험결과를 설명하기 위한 도면이다.

도 9의 (a)는 후드모델 길이가 122mm(실제 크기: 7.8m)인 종래의 후드모델(A201)이고, 도 9의 (b)는 후드모델 길이가 222mm(실제 크기: 14.2m)인 종래의 후드모델(A205)이고, 도 9의 (c)는 후드모델 길이가 419mm(실제 크기: 26.9m)인 상술한 후드모델(A107)이고, 도 9의 (d)는 도 9의 (c)의 후드 모델에 굴뚝부(20)가 구비된 본 발명의 일 실시예에 따른 후드 구조체의 모델(CH107)이고, 도 9의 (e)는 참조(Reference)로서, 후드를 적용하지 않은 터널진입 속도 250km/h에서의 미기압파 최대값 28.53pa에 대한 도 9의 (a) 내지 도 9의 (d)에 도시된 후드 모델의 미기압파 저감율을 비교한 표이다.

즉, 도 9의 (e)에 도시된 것처럼, 종래의 후드 모델(A201, A205)의 미기압파 저감율이 46.4% 및 61.4%인 것에 비해 굴뚝부(20)를 구비한 본 발명의 일 실시예 따른 후드모델(CH107)의 미기압파 저감율이 81.6%로 현저하게 상승한 것을 알 수 있다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드모델의 도시한 도면이고, 도 11은 도 10의 후드모델의 터널 미기압파 저감율 실험 결과를 도시한 도면이다.

도 10의 (a)는 동일한 높이의 굴뚝부(20)를 구비한 본 발명의 일 실시예에 따른 후드모델(CH107-1)이고, 도 10의 (b)는 제1판 부재(21)가 가장 큰 높이를 갖는 굴뚝부(20)를 구비한 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드모델(CH107-2)이고, 도 10의 (c)는 제1판 부재(21)가 가장 큰 높이를 가지되, 제2 및 제3 판 부재(22, 23)의 후단 부분이 제1판 부재(21)의 높이와 동일한 굴뚝부(20)를 구비한 본 발명의 다른 실시예에 따른 후드모델(CH107-3)이고, 도 10의 (d)는 도10의 (a)에 도시된 후드 모델(CH107-1)의 굴뚝부(20) 보다 작은 크기의 동일한 높이의 굴뚝부(20)를 구비한 후드모델(CH107-4)이다.

도 11은 터널진입 속도 250km/h에서의 도 9의 (e)에 도시된 후드가 구비되지 않은 터널(CASE-REF) 대비 도 10에 도시된 후드모델(CH107-1~CH107-4)의 미기압파 비교 그래프를 나타낸 것으로, 도 11의 (a)는 도 10의 (a)의 후드모델(CH107-1)의 미기압파 비교 그래프이고, 도 11의 (b)는 도 10의 (b)의 후드모델(CH107-2)의 미기압파 비교 그래프이고, 도 11의 (c)는 도 10의 (c)의 후드모델(CH107-3)의 미기압파 비교 그래프이고, 도 11의 (d)는 도 10의 (d)의 후드 구조 모델(CH107-4)의 미기압파 비교 그래프이다.

즉, 본 발명의 일 실시예 또는 다른 실시예에 따른 굴뚝부(20)를 구비한 후드모델(CH107-1~CH107-4)은 80% 전후의 높은 미기압파 저감율을 보이는 것을 알 수 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드모델을 도시한 도면이고, 도 13은 도 12의 후드모델의 터널 미기압파 저감율 실험결과를 도시한 도면이다.

도 12의 (a)는 복수의 개구부(10) 중에서 후드(1)의 천장면 및 양측 벽면의 일부에만 굴뚝부(20)를 구비한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드모델(FD107-3)이고, 도 12의 (b)는 굴뚝부(20)의 제2 및 제3판 부재(22, 23)가 제1판 부재(21)로부터 굴뚝부(20)의 전단 부분으로 갈수록 경사지게 형성된 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 후드모델(FD107-4)이다.

도 13은 터널진입 속도 250km/h에서의 도 9의 (e)에 도시된 후드가 구비되지 않은 터널(CASE-REF) 대비 도 11에 도시된 후드모델(FD107-3, FD107-4)의 미기압파 비교 그래프를 나타낸 것으로, 도 13의 (a)는 도 12의 (a)의 후드모델(FD107-3)의 미기압파 비교 그래프이고, 도 13의 (b)는 도 12의 (b)의 후드모델(FD107-4)의 미기압파 비교 그래프이다.

즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 굴뚝부(20)를 구비한 후드모델(FD107-3, FD107-4)은 80% 이상의 높은 미기압파 저감율을 보이는 것을 알 수 있다.

도 14는 도 6, 도 9, 도10 및 도11에 도시된 후드모델에 대한 터널 미기압파 저감율 실험결과를 비교한 표이다.

도 14는 터널진입 속도 200km/h, 250km/h, 275km/h 속도범위 내에서 주행시험을 수행한 굴뚝부(20)를 구비하지 않은 후드모델(A107)과 본 발명의 다양한 실시예 따른 굴뚝부(20)를 구비한 후드모델(CH107-1~CH107-4, FD107-3, FD107-4)의 미기압파 저감율을 비교한 표이다.

따라서, 본 발명의 후드(1)의 입구로부터 제1길이(L4)가 이격된 후드(1)의 상단에서 후드의 하단으로 경사진 형태로 형성된 복수의 개구부(10)와 하나 이상의 개구부(10)의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부(20)를 포함하는 후드 구조체는 종래 대비 미기압파 저감 효과가 현저하게 상승한 것을 알 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

0: 터널
1: 후드
10: 개구부
20: 굴뚝부
21: 제1판 부재
22: 제2판 부재
23: 제3판 부재
24: 제4판 부재
30: 수평 통풍관
31: 수평 유입부
33: 유출부

Claims (12)

1. 상어 생체모사형 터널 미기압파 저감 후드 구조체에 있어서,
   터널입구의 전방에 구비되는 후드;
   상기 후드의 천장면 및 양측 벽면에 서로 평행하게 이격 형성된 복수의 개구부; 및
   상기 하나 이상의 개구부의 주변에 돌출 형성된 굴뚝부를 포함하되,
   상기 복수의 개구부는 상기 후드의 입구로부터 제1 길이가 이격된 상기 후드의 상단에서 상기 후드의 하단으로 경사진 형태로 형성되는 것이되,
   상기 복수의 개구부는,
   상기 후드의 상측에서 하측으로 갈수록 상기 터널입구로부터 이격되는 길이가 커지는 것이며,
   상기 후드의 상측에서 하측으로 갈수록 개구 면적이 작아지는 것이고,
   상기 제1 길이는,
   상기 복수의 개구부가 구비된 상기 후드의 전단 부분까지의 길이를 의미하는 것이되, 상기 복수의 개구부 중 상기 후드의 최상측에 위치하는 가장 큰 길이를 갖는 하나의 개구부의 장변의 길이와 대응하는 것인, 후드 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 후드의 입구로부터 상기 제1 길이 이내의 후드의 천장면과 상기 후드의 양측 벽면은 상기 개구부에 의한 개구율이 상이하되,
   상기 후드의 천장면의 개구율이 가장 크고, 상기 후드의 양측 벽면의 개구율은 동일하게 형성된 것인, 후드 구조체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   상기 후드의 외측 또는 내측으로 돌출 형성된 복수의 판 부재를 포함하되,
   상기 복수의 판 부재는
   상기 개구부의 형상이 사각형일 경우, 상기 터널입구와 가장 인접하게 위치하며, 열차의 진행 방향과 마주보는 면에 배치되는 제1판 부재, 상기 제1판 부재와 서로 이웃하는 제2판 부재 및 제3판 부재, 상기 제2 및 제3판 부재와 서로 이웃하는 제4판 부재로 구성되거나, 상기 제1 내지 제3판 부재로 구성되는 것이고,
   상기 개구부의 형상이 삼각형일 경우, 상기 제1 내지 제3판 부재로 구성되는 것인, 후드 구조체.
4. 제3항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   동일한 높이로 형성되는 상기 제1 내지 제4 판 부재를 포함하는 것인, 후드 구조체.
5. 제3항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   가장 큰 높이로 형성되는 상기 제1판 부재, 상기 제1판 부재 보다 작은 높이로 형성되는 상기 제2 내지 제4판 부재를 포함하되,
   상기 제2 내지 제4판 부재는 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것인, 후드 구조체.
6. 제3항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   가장 큰 높이로 형성되는 상기 제1판 부재, 상기 제1판 부재 보다 작은 높이로 형성되는 상기 제4판 부재, 전단 부분과 후단 부분의 높이가 상이하게 형성되는 상기 제2 및 제3판 부재를 포함하되,
   상기 제2 및 제3판 부재의 후단 부분은 상기 제1판 부재와 동일한 높이를 갖도록 형성되되, 상기 제2 및 제3판 부재의 1/3 이하의 길이로 형성되고,
   상기 제2 및 제3판 부재의 전단 부분은 상기 제4판 부재와 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것인, 후드 구조체.
7. 제3항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   소정의 높이로 형성되는 상기 제1판 부재, 후단 부분에서 전단 부분으로 갈수록 기울어지도록 형성되는 상기 제2 및 제3판 부재를 포함하되,
   상기 제2 및 제3판 부재의 후단 부분은 상기 제1판 부재와 동일한 높이를 갖도록 형성되는 것인, 후드 구조체.
8. 제3항에 있어서,
   상기 굴뚝부는
   상기 제1판 부재 내지 제4판 부재를 포함하되, 상기 후드의 외측 및 내측으로 돌출 형성되는 것인, 후드 구조체.
9. 제1항에 있어서,
   상기 후드는 동일한 횡단면의 형상을 가지며 소정의 길이로 연장되도록 형성되되,
   상기 횡단면의 형상은 다각형, 아치형 및 사각형 중 하나의 형태로 형성되는 것인, 후드 구조체.
10. 제1항에 있어서,
    상기 후드의 양측 벽면에 복수개 형성되되, 열차의 진행 방향과 마주보는 수평 통풍관을 더 포함하는 것인, 후드 구조체.
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