KR20130028279A - Additional device for frame of pantograph - Google Patents

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이동호
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이영빈
권혁빈
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서울대학교산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A pantagraph frame additional apparatus is provided to control a direction of the additional apparatus by being mounted ratatably, thereby reduce the influence of a cross wind. CONSTITUTION: A body(110) surrounds a frame(500) of a pantagraph be able to rotate. A tail unit(120) guides the flow of air. The tail unit reduces a vortex production around the frame with the guide. The tail unit is protruded as a predetermined length in an external radius direction from one side of the circumference of the body. The tail unit is prepared along the longitudinal direction of the body.

Description

팬터그래프 프레임 부가장치{Additional device for frame of pantograph}Additional device for frame of pantograph

본 발명은 팬터그래프의 프레임에 부가되는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus added to a frame of a pantograph.

도 1은 기존의 팬터그래프 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 기존의 고속전철의 팬터그래프를 구성하는 프레임은 주로 원형 단면의 형상을 가지면서 외부 유동에 직접 노출되어 있어, 공력소음, 항력증가, 측풍의 영향 등과 같은 심각한 공기역학적 문제를 야기하였다. 특히, 원형 단면의 형상으로 인한 유동박리(flow separation)의 발생으로 복잡한 와류(vortex)가 형성됨으로써, 큰 저항력과 높은 레벨의 압력섭동(pressure fluctuation)이 생기게 되어 공력소음이 크게 발생하였다.1 is a view schematically showing a conventional pantograph system. Referring to FIG. 1, the frame constituting the pantograph of a conventional high speed train has a circular cross-sectional shape and is directly exposed to external flow, causing serious aerodynamic problems such as aerodynamic noise, drag increase, and side wind effects. It was. In particular, a complex vortex is formed due to the flow separation due to the shape of the circular cross section, resulting in a large resistance force and a high level of pressure fluctuation, resulting in large aerodynamic noise.

도 2는 고속열차에 있어서의 소음원(noise source)의 분포를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참조하면, 이러한 공력소음은 속도의 6~8승에 비례하기 때문에 300km/h이상의 고속에서는 공력에 의한 소음이 심각한 문제가 될 수 있었다. 또한, 고속주행 시 측풍의 영향으로 팬터그래프가 가선(架線)에서 일시적으로 떨어지게 되는 이선 문제가 발생하기도 하였다.2 is a graph showing the distribution of noise sources in a high speed train. Referring to FIG. 2, since the aerodynamic noise is proportional to 6 to 8 powers of the speed, noise caused by aerodynamics may be a serious problem at a high speed of 300 km / h or more. In addition, the high-speed driving caused a two-wire problem in which the pantograph temporarily fell off the line due to the side wind effect.

이에 따라, 도 1에 나타난 기존의 팬터그래프 시스템의 공력성능 향상을 위해, 주로 원형 단면의 형상을 갖는 상부 암(upper arm) 및 하부 암(lower arm) 프레임에서의 복잡한 와류 생성을 감소시킬 수 있는 형상이나 장치에 대한 요구가 있어 왔다.Accordingly, in order to improve aerodynamic performance of the conventional pantograph system shown in FIG. 1, a shape capable of reducing complex vortex generation in an upper arm and a lower arm frame having a shape of a circular cross section is mainly used. There has been a need for a device.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 팬터그래프 시스템의 프레임에서의 복잡한 와류 생성을 최소화하여 팬터그래프 시스템의 공력성능을 향상시킬 수 있고 팬터그래프 시스템의 프레임에 쉽게 장착될 수 있는 팬터그래프 프레임 부가장치를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the problems described above, the problem to be solved by the present invention is to minimize the complex vortex generation in the frame of the pantograph system to improve the aerodynamic performance of the pantograph system and the frame of the pantograph system It is to provide a pantograph frame attachment that can be easily mounted on the device.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치는 팬터그래프의 프레임을 회전 가능하게 감싸는 몸체, 그리고 열차 주행 시 상기 프레임 주변의 와류 생성이 저감되게 공기의 흐름을 가이드 하도록 상기 몸체의 외주의 일측에서 외측 반경방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출되고 상기 몸체의 길이방향을 따라 구비되는 꼬리부를 포함한다.The pantograph frame adding apparatus according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is rotatably surrounding the frame of the pantograph, and to guide the flow of air to reduce the generation of vortex around the frame when running the train It includes a tail protruding by a predetermined length in the outer radial direction from one side of the outer periphery of the body and provided along the longitudinal direction of the body.

상기 몸체는 열차 주행 시 상기 꼬리부에 작용되는 공기의 흐름에 대응하여 상기 프레임에 대해 회전될 수 있다.The body may be rotated with respect to the frame in response to the flow of air acting on the tail when the train is running.

상기 꼬리부는 일정한 두께의 플레이트 형상으로 돌출될 수 있다.The tail may protrude into a plate shape of a constant thickness.

상기 몸체 및 상기 꼬리부의 외주는 상기 몸체의 길이방향에 수직인 단면상에서 보았을 때 상기 꼬리부가 돌출된 방향으로 뾰족한 에어포일(airfoil) 형상일 수 있다.The outer circumference of the body and the tail portion may have a sharp airfoil shape in the direction in which the tail portion protrudes when viewed from a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the body.

상기 미리 설정된 길이는 상기 프레임의 직경의 0.5배 이상이고 2배 이하일 수 있다.The preset length may be 0.5 times or more and 2 times or less of the diameter of the frame.

본 발명에 의하면, 팬터그래프 시스템의 상부 암 및 하부 암과 같은 프레임에 본 팬터그래프 프레임 부가장치가 장착되도록 함으로써, 팬터그래프의 프레임에서의 복잡한 와류 생성을 최소화하여 공기저항과 공력소음을 동시에 감소시킬 수 있어, 팬터그래프 시스템의 공력성능이 크게 향상될 수 있다.According to the present invention, by mounting the pantograph frame attachment to the same frame as the upper arm and the lower arm of the pantograph system, it is possible to minimize aerodynamics and aerodynamic noise by minimizing the complicated vortex generation in the frame of the pantograph, The aerodynamic performance of the pantograph system can be greatly improved.

또한, 본 팬터그래프 프레임 부가장치는 회전 가능하게 장착됨으로써, 전철의 주행 중 측풍이 불어올 때 이러한 측풍의 힘에 의해 본 팬터그래프 프레임 부가장치의 방향이 조절될 수 있어 측풍의 영향을 감소시킬 수 있으며, 나아가 이를 통해 양 방향으로 운용되어야 하는 팬터그래프 시스템의 요구 조건이 충족될 수 있다.In addition, since the pantograph frame attachment device is rotatably mounted, the direction of the pantograph frame attachment device can be adjusted by the force of the side wind when the side wind blows while the train is traveling, thereby reducing the influence of the side wind. In addition, this enables the requirements of the pantograph system to be operated in both directions.

또한, 기존의 팬터그래프 시스템의 프레임을 그대로 유지한 채 부가적으로 간단히 장착될 수 있어, 저비용으로 손쉽게 기존의 팬터그래프 시스템의 공력성능을 개선할 수 있다.In addition, it can be additionally simply mounted while maintaining the frame of the existing pantograph system, so that the aerodynamic performance of the existing pantograph system can be easily improved at low cost.

도 1은 기존의 팬터그래프 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 고속열차에 있어서의 소음원(noise source)의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 측면도이다.
도 3c는 도 3b의 III-III선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치의 꼬리부의 길이에 따른 스트로할 수(Strouhal number)를 나타낸 그래프이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 측면도이다.
도 5c는 도 5b의 V-V선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 종래의 팬터그래프 시스템과 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 적용된 팬터그래프 시스템에 대해 유동가시화 풍동실험을 수행한 결과를 프레임의 2차원 단면에 대해 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional pantograph system.
2 is a graph showing the distribution of noise sources in a high speed train.
3A is a perspective view illustrating a state in which a pantograph frame attachment apparatus is mounted on a frame according to an embodiment of the present invention.
Figure 3b is a side view showing a state in which the pantograph frame attachment device is mounted to the frame according to an embodiment of the present invention.
3C is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 3B.
4 is a graph showing a stroke number according to the length of the tail portion of the pantograph frame adding apparatus according to an embodiment of the present invention.
5A is a perspective view illustrating a pantograph frame adding apparatus mounted on a frame according to another exemplary embodiment of the present invention.
5B is a side view illustrating a state in which a pantograph frame attachment apparatus is mounted on a frame according to another embodiment of the present invention.
5C is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 5B.
FIG. 6 is a view showing a result of performing a flow visualization wind tunnel test on a pantograph system to which a pantograph system and a pantograph frame adding apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention are applied.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 측면도이며, 도 3c는 도 3b의 III-III선을 따라 절개한 단면도이다.3A is a perspective view illustrating a state in which a pantograph frame adding apparatus is mounted on a frame, and FIG. 3B is a side view illustrating a state in which a pantograph frame adding apparatus is mounted on a frame. 3C is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. 3B.

도 3a 내지 3c를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(100)는 팬터그래프의 프레임(500)을 회전 가능하게 감싸는 몸체(110)를 포함한다. 예시적으로 도 3a 및 3c를 참조하면, 이러한 몸체(110)는 내경이 프레임(500)의 직경보다 큰 원형 튜브 형상일 수 있다.3A to 3C, the pantograph frame adding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention includes a body 110 rotatably surrounding the frame 500 of the pantograph. 3A and 3C, the body 110 may have a circular tube shape whose inner diameter is larger than the diameter of the frame 500.

여기서 도 1을 참조하면, 프레임(500)은 팬터그래프를 구성하는 부재를 의미할 수 있다. 예를 들면, 프레임(500)은 상부 암(upper arm) 및 하부 암(lower arm)과 같은 팬터그래프의 암(arm)을 구성하는 부재일 수 있고, 팬터그래프의 팬헤드(panhead)를 구성하는 부재일 수 있다. 팬터그래프 프레임 부가장치(100)는 팬터그래프의 각 부분을 구성하는 프레임(500)에 전반적으로 적용되거나 필요에 따라 선택적으로 적용될 수 있으며, 특히 열차의 주행 시 공기의 흐름에 따라 복잡한 와류가 생성될 수 있는 영역의 프레임(500)에 효과적으로 적용될 수 있다.Referring to FIG. 1, the frame 500 may refer to a member constituting the pantograph. For example, the frame 500 may be a member constituting an arm of a pantograph such as an upper arm and a lower arm, and may be a member constituting a panhead of the pantograph. Can be. The pantograph frame attachment apparatus 100 may be generally applied to the frame 500 constituting each part of the pantograph or may be selectively applied as needed. In particular, a complicated vortex may be generated according to the flow of air when the train is running. It can be effectively applied to the frame 500 of the region.

이러한 몸체(110)는 열차 주행 시 후술할 꼬리부(110)에 작용되는 공기의 흐름에 대응하여 프레임(500)에 대해 회전될 수 있다. 예시적으로 도 3c에 나타난 팬터그래프 프레임 부가장치(100)는 꼬리부가 3시 방향을 향해 돌출되어 있다. 그런데 이 같은 팬터그래프 프레임 부가장치(100)에 4시 방향에서 바람이 불어온다면, 꼬리부(110)에는 4시 방향으로부터의 풍압이 작용하게 되며, 몸체(110)는 이러한 공기의 흐름에 대응하여 꼬리부(110)가 4시 방향의 반대편인 10시 방향을 향하도록 프레임(500)에 대해 회전될 수 있다.The body 110 may be rotated with respect to the frame 500 in response to the flow of air applied to the tail 110 to be described later when the train travels. For example, the pantograph frame adding apparatus 100 illustrated in FIG. 3C has a tail protruding toward the 3 o'clock direction. By the way, if the wind blows to the pantograph frame attachment device 100 in the 4 o'clock direction, the wind pressure from the 4 o'clock direction acts on the tail portion 110, the body 110 corresponds to the flow of air The tail 110 may be rotated with respect to the frame 500 so as to face the 10 o'clock direction opposite to the 4 o'clock direction.

다른 예로, 도 3c에 나타난 바와 같은 팬터그래프 프레임 부가장치(100)에 3시 방향에서 바람이 불어온다면(이를테면 9시 방향을 향해 주행하고 있던 열차가 방향을 반대로 바꾸어 3시 방향으로 주행한다면), 3시 방향으로부터의 공기의 흐름 중 전반적인 방향성을 다소 벗어나는 흐름을 갖는 일부가 꼬리부(110)의 측면을 두드림으로써 몸체(110)가 이에 대응하여 회전되어 3시 방향을 향했던 꼬리부(110)가 4시(또는 2시) 방향 정도로 살짝 돌아갈 수 있다. 꼬리부(110)가 이와 같이 3시 방향에 대해 살짝 돌아간 이후에는 꼬리부(110)의 양 측면 중 3시 방향에서 보이는 일 측면에 주로 3시 방향으로부터의 공기의 흐름으로 인한 풍압이 작용하게 되고, 몸체(110)는 이러한 공기의 흐름에 대응하여 꼬리부(110)가 3시 방향의 반대편인 9시 방향을 향하도록 프레임(500)에 대해 회전될 수 있다.As another example, if the wind blows to the pantograph frame attachment apparatus 100 as shown in FIG. 3c at 3 o'clock (for example, if the train driving toward the 9 o'clock reverses direction and runs at 3 o'clock), Part of the flow of air from the 3 o'clock direction that is slightly out of the overall direction by tapping the side of the tail 110, the body 110 is correspondingly rotated corresponding to the tail 110, the 3 o'clock direction You can go back around 4 o'clock (or 2 o'clock). After the tail 110 is slightly turned about 3 o'clock in this manner, the wind pressure is mainly caused by the flow of air from the 3 o'clock direction on one side visible from the 3 o'clock side of both sides of the tail 110. The body 110 may be rotated with respect to the frame 500 such that the tail 110 faces the 9 o'clock direction opposite to the 3 o'clock direction in response to the air flow.

이와 같이 몸체(110)가 프레임(500)에 회전 가능하게 장착됨으로써, 주행 중 측풍이 불어올 때 이러한 측풍이 후술할 꼬리부(120)에 작용되면서 팬터그래프 프레임 부가장치(100)가 측풍의 영향을 최소화하는 방향으로 적정하게 회전될 수 있다. 또한, 몸체(110)의 프레임(500)에 대한 이러한 회전을 통해 양방향으로 운용되어야 하는 팬터그래프 시스템의 요구 조건도 충족될 수 있다.As such, the body 110 is rotatably mounted to the frame 500, so that when the side wind blows while driving, the side wind acts on the tail portion 120, which will be described later. It can be rotated properly in the direction of minimization. In addition, through this rotation about the frame 500 of the body 110 may also meet the requirements of the pantograph system to be operated in both directions.

또한 도 3a 내지 3c를 참조하면, 팬터그래프 프레임 부가장치(100)는 몸체(110)의 외주의 일측에서 외측 반경방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출되고 몸체(110)의 길이방향을 따라 구비되는 꼬리부(120)를 포함한다. 이러한 꼬리부(120)는 통해 열차 주행 시 와류 생성이 최소화 되도록 프레임(500) 주변의 공기의 흐름을 가이드 할 수 있도록 구비된다.Also, referring to FIGS. 3A to 3C, the pantograph frame adding apparatus 100 protrudes by a predetermined length in an outer radial direction from one side of the outer circumference of the body 110 and has a tail portion provided along the longitudinal direction of the body 110. 120). The tail 120 is provided to guide the flow of air around the frame 500 to minimize the generation of vortex when running the train.

예시적으로 도 3a 및 3c를 참조하면, 꼬리부(120)는 일정한 두께를 갖는 플레이트 형상으로 몸체(110)의 외주의 일단(도 3c에서 보았을 때 오른쪽 끝단)에서 외측 반경방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출될 수 있다. 또한 도 3c를 참조하면, 이러한 플레이트 형상의 꼬리부(120)는 열차의 빠른 주행속도에서의 풍압에 견딜 수 있는 소정의 강성이 확보될 수 있는 두께 및 프레임(500) 주변의 와류 발생을 최소화할 수 있도록 공기의 흐름을 가이드 하는데 적합한 너무 두껍지 않은 두께로 구비됨이 바람직하다.For example, referring to FIGS. 3A and 3C, the tail portion 120 has a plate shape having a predetermined thickness and has a predetermined length in the outer radial direction at one end (right end when viewed in FIG. 3C) of the body 110. It may protrude. In addition, referring to Figure 3c, such a plate-shaped tail portion 120 to minimize the occurrence of vortices around the frame 500 and the thickness can be secured a certain stiffness that can withstand the wind pressure at the high speed of the train It is preferably provided with a thickness that is not too thick, suitable for guiding the flow of air.

여기서, 미리 설정된 길이는 프레임(500)의 직경의 0.5배 이상이고 2배 이하일 수 있다. 이와 같이 꼬리부(120)의 돌출된 길이를 프레임(500)의 직경의 0.5~2배 사이로 함으로써, 스트로할 수(St=fd/U, f는 진동수(frequency), d는 직경(diameter), U는 자유유동속도(free stream velocity))와 항력계수(Cd)의 감소가 유도될 수 있다.Here, the preset length may be 0.5 times or more and 2 times or less of the diameter of the frame 500. In this way, by protruding the length of the tail 120 between 0.5 and 2 times the diameter of the frame 500, the number of straws (St = fd / U, f is frequency, d is diameter, U can lead to a decrease in free stream velocity) and drag coefficient (Cd).

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치의 꼬리부의 길이에 따른 스트로할 수(Strouhal number)를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a stroke number according to the length of the tail portion of the pantograph frame adding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 프레임(500)의 직경(d)에 대한 꼬리부(120)의 길이(l)의 비가 0에서 1로 증가될수록 스트로할 수가 감소되고, 1에서 2로 증가될수록 스트로할 수가 다시 증가되고 있음을 알 수 있다. 스트로할 수가 감소한다는 것은 원형인 프레임(500) 단면에서 발생하는 주기적인 와류 발생이 감소하고 와류의 세기, 와류의 크기, 및 와류의 혼합으로 인한 난류도가 감소하였음을 의미한다. 즉, 스트로할 수의 감소는 와류 발생에 따른 압력섭동으로 인한 공력소음이 감소하였음을 의미하며, 와류의 세기와 크기 역시 감소함으로써 항력도 감소하였음을 의미한다. 즉 도 4를 참조하면, 스트로할 수가 0.20보다 작아지는 구간인 0.5<1/d<2에 대응되도록 꼬리부(120)의 길이가 미리 설정됨으로써, 공력소음 및 항력 발생을 보다 감소시킬 수 있다. 4, can be Straw The more the length (l) of the tail portion 120 to the diameter (d) of the frame (500) ratio increases from 0 to 1, is reduced, can be straw it slows increased to 2-1 It can be seen that it is increasing again . The decrease in the number of straws means that the periodic vortex generation occurring in the circular cross section of the frame 500 is reduced and the turbulence due to the vortex intensity, the vortex size, and the mixing of the vortices is reduced. In other words, the decrease in the number of straws means that the aerodynamic noise due to the pressure perturbation due to the vortex is reduced, and the drag is also reduced by decreasing the strength and magnitude of the vortex. That is, referring to FIG. 4, the length of the tail 120 is set in advance so as to correspond to 0.5 <1 / d <2, which is a section in which the number of straws is smaller than 0.20, thereby further reducing aerodynamic noise and drag generation.

팬터그래프 프레임 부가장치(100)는 이와 같이 몸체(110)로부터 연장되는 꼬리부(120)를 구비함으로써, 전차의 주행 시 팬터그래프의 프레임(500)에서 발생될 수 있는 와류가 서로 혼합되지 않도록 하여 안정한 후류를 유도하고, 이를 통해 프레임의 후류 영역을 감소시켜 압력변동으로 인한 항력과 소음을 동시에 감소시킬 수 있다.The pantograph frame attachment device 100 is provided with a tail 120 extending from the body 110 in this way, so that the vortices that may be generated in the frame 500 of the pantograph when the vehicle is driven are not mixed with each other and are stable. By reducing the wake area of the frame, drag and noise due to pressure fluctuations can be reduced simultaneously.

또한 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 플레이트 형상인 꼬리부(120)의 돌출된 방향의 단부(121)는 몸체(110)의 길이방향에 수직인 단면상에서 보았을 때 쐐기 형상일 수 있다. 이와 같이 플레이트 형상인 꼬리부(120)의 단부(121)가 쐐기 형상으로 구비됨으로써, 이를 따라 후류가 보다 안정적으로 유도될 수 있고, 항력과 소음이 보다 감소될 수 있다.3A to 3C, the end portion 121 of the tail portion 120 protruding in the shape of a plate may have a wedge shape when viewed from a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the body 110. As such, the end portion 121 of the tail portion 120 having a plate shape is provided in a wedge shape, whereby the wake can be induced more stably, and drag and noise can be further reduced.

한편, 도 5a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 프레임에 장착된 상태를 나타낸 측면도이며, 도 5c는 도 5b의 V-V선을 따라 절개한 단면도이다.On the other hand, Figure 5a is a perspective view showing a state in which the pantograph frame adding apparatus is mounted to the frame according to another embodiment of the present invention, Figure 5b is a state in which the pantograph frame adding apparatus according to another embodiment of the present invention is mounted on the frame 5C is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 5B.

본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(200)는 팬터그래프의 프레임(500)을 회전 가능하게 감싸는 몸체(210)를 포함한다. 예시적으로 도 5a 및 5c를 참조하면, 이러한 몸체(210)는 내경이 프레임(500)의 직경보다 큰 원형 튜브 형상일 수 있다.The pantograph frame adding apparatus 200 according to another embodiment of the present invention includes a body 210 rotatably surrounding the frame 500 of the pantograph. For example, referring to FIGS. 5A and 5C, the body 210 may have a circular tube shape whose inner diameter is larger than the diameter of the frame 500.

여기서 도 1을 참조하면, 프레임(500)은 팬터그래프를 구성하는 각종 부재를 의미할 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 살핀 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(100)에서의 설명과 유사하므로 생략한다.Referring to FIG. 1, the frame 500 may refer to various members of the pantograph. A more detailed description thereof will be omitted since it is similar to the description in the pantograph frame adding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

이러한 몸체(210)는 열차 주행 시 후술할 꼬리부(220)에 작용되는 공기의 흐름에 대응하여 프레임(500)에 대해 회전될 수 있다. 이에 대한 보다 구체적인 설명은 앞서 살핀 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(100)에서의 설명과 유사하므로 생략한다.The body 210 may be rotated with respect to the frame 500 in response to the flow of air applied to the tail 220 to be described later when the train travels. A more detailed description thereof will be omitted since it is similar to the description in the pantograph frame adding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

이와 같이 몸체(210)가 프레임(500)에 회전 가능하게 장착됨으로써, 주행 중 측풍이 불어올 때 이러한 측풍이 후술할 꼬리부(220)에 작용되면서 팬터그래프 프레임 부가장치(200)가 측풍의 영향을 최소화하는 방향으로 적정하게 회전될 수 있다. 또한, 몸체(210)의 프레임(500)에 대한 이러한 회전을 통해 양방향으로 운용되어야 하는 팬터그래프 시스템의 요구 조건도 충족될 수 있다.As such, the body 210 is rotatably mounted to the frame 500, so that when the side wind is blown while driving, the side wind is applied to the tail portion 220 to be described later, so that the pantograph frame attachment apparatus 200 is affected by the side wind. It can be rotated properly in the direction of minimization. In addition, the rotation of the body 210 with respect to the frame 500 may also satisfy the requirements of the pantograph system to be operated in both directions.

또한 도 5a 내지 5c를 참조하면, 팬터그래프 프레임 부가장치(200)는 몸체(210)의 외주의 일측에서 외측 반경방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출되고 몸체(210)의 길이방향을 따라 구비되는 꼬리부(220)를 포함한다. 이러한 꼬리부(120)는 통해 열차 주행 시 와류 생성이 최소화 되도록 프레임(500) 주변의 공기의 흐름을 가이드 할 수 있도록 구비된다.5A to 5C, the pantograph frame adding apparatus 200 protrudes from a side of the outer periphery of the body 210 by a preset length in the outer radial direction and is provided along the longitudinal direction of the body 210. 220). The tail 120 is provided to guide the flow of air around the frame 500 to minimize the generation of vortex when running the train.

여기서, 미리 설정된 길이는 프레임(500)의 직경의 0.5배 이상이고 2배 이하일 수 있다. 이와 같이 꼬리부(220)의 돌출된 길이를 프레임(500)의 직경의 0.5~2배 사이로 함으로써, 스트로할 수(St)와 항력계수(Cd)의 감소가 유도될 수 있다. 이에 대해서는 앞서 살핀 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(100)에서의 설명을 참조한다. Here, the preset length may be 0.5 times or more and 2 times or less of the diameter of the frame 500. In this way, by making the protruding length of the tail 220 between 0.5 and 2 times the diameter of the frame 500, a decrease in the number of straws St and the drag coefficient Cd can be induced. For this, refer to the description of the pantograph frame adding apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.

참고로, 이러한 꼬리부(220)는 상술한 몸체(210)와 도 5a 내지 5c에 나타난 바와 같이 일체로 구비될 수 있다.For reference, the tail 220 may be integrally provided with the body 210 described above with reference to FIGS. 5A to 5C.

그리고 도 5a 및 5c를 참조하면, 이러한 몸체(210) 및 꼬리부(220)의 외주는 몸체(210)의 길이방향에 수직인 단면상에서 보았을 때 꼬리부(220)가 돌출된 방향(도 5c에서 보았을 때 우측 방향)으로 뾰족한 에어포일(airfoil) 형상을 갖는다. 보다 구체적으로, 몸체(210) 및 꼬리부(220)는 외란에 대해 강건할 수 있고 발생하는 항력이 작아질 수 있도록, 도 5c에 나타난 바와 같이 선단(도 5c에서 좌측 부분, 몸체(210)의 앞쪽 부분)은 뭉툭하거나 둥글게 구비되고, 후단(도 5c에서 우측 부분, 꼬리부(220)의 뒤쪽 부분)은 이러한 선단으로부터 점차 날카로워지는 형상인 에어포일 형상을 가질 수 있다.5A and 5C, the outer circumferences of the body 210 and the tail 220 are seen from the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the body 210 in the direction in which the tail 220 protrudes (in FIG. 5C). It has a sharp airfoil shape in the right direction when viewed). More specifically, the body 210 and the tail portion 220 may be robust against disturbance and the drag generated may be reduced, as shown in FIG. 5C (left portion of FIG. 5C, of the body 210). The front part) is blunt or rounded, and the rear end (the right part in FIG. 5C, the rear part of the tail part 220) may have an airfoil shape that is gradually sharpened from this tip.

도 6은 종래의 팬터그래프 시스템과 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치가 적용된 팬터그래프 시스템에 대해 유동가시화 풍동실험을 수행한 결과를 프레임의 2차원 단면에 대해 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a view showing a result of performing a flow visualization wind tunnel test on a pantograph system to which a pantograph system and a pantograph frame adding apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention are applied.

보다 상세하게, 도 6의 (a)는 사각형 실린더의 단면에 대한 V=10m/s인 바람의 유동을 연사(smoke-wire) 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이고, 도 6의 (b)는 사각형 실린더의 단면에 대한 V=30m/s인 바람의 유동을 PIV(Particle Image Velocity, 입자영상유속계) 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이다.More specifically, Figure 6 (a) is a view showing the visualizing the flow of the wind V = 10m / s for the cross section of the rectangular cylinder by a smoke-wire technique, Figure 6 (b) is a rectangular cylinder This diagram visualizes the flow of wind with V = 30m / s for the cross section of PIV (Particle Image Velocity).

또한, 도 6의 (c)는 원형 실린더의 단면에 대한 V=10m/s인 바람의 유동을 연사 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이며, 도 6의 (d)는 원형 실린더의 단면에 대한 V=30m/s인 바람의 유동을 PIV 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이다.6 (c) is a view visualizing the flow of wind having a V = 10 m / s for the cross section of the circular cylinder by a twisting technique, and FIG. 6 (d) shows V = 30 m for the cross section of the circular cylinder. This diagram visualizes the flow of wind of / s by PIV method.

그리고 도 6의 (e)는 에어포일 형상의 단면에 대한 V=10m/s인 바람의 유동을 연사 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이며, 도 6의 (f)는 에어포일 형상의 단면에 대한 V=30m/s인 바람의 유동을 PIV 기법으로 가시화하여 나타낸 도면이다.6 (e) is a view showing the flow of the wind V = 10m / s for the cross section of the airfoil visualized by the twisting technique, Figure 6 (f) is V = for the cross section of the airfoil shape 30m / s of wind flow is shown by visualizing the PIV method.

도 6의 (a) 내지 (d)를 참조하면, 사각형이나 원형 단면의 경우에는 주기적으로 강한 와류가 발생되어 후류 영역이 비교적 크게 형성됨을 확인할 수 있다. 하지만 도 6의 (e) 및 (f)를 참조하면, 단면이 에어포일 형상인 경우에는 후류 영역이 사각형이나 원형 단면에 비해 작게 형성됨을 확인할 수 있다. 특히, 도 6의 (e)와 (f)를 비교해보면, 속도가 증가될수록 강한 와류 발생이 나타나지 않는 것을 확인할 수 있다.Referring to (a) to (d) of FIG. 6, in the case of a rectangular or circular cross section, strong vortices are periodically generated to confirm that the wake region is relatively large. However, referring to FIGS. 6E and 6F, when the cross section is an airfoil shape, it can be seen that the wake region is formed smaller than the rectangular or circular cross section. In particular, when comparing (e) and (f) of Figure 6, it can be seen that the strong vortex generation does not appear as the speed increases.

이와 같이 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치(200)는 에어포일 형상으로 몸체(210) 및 꼬리부(220)가 구비되도록 함으로써, 팬터그래프의 프레임(500)에 작용되는 항력을 최소화시킬 수 있고, 측풍과 같은 외란(disturbance)의 영향을 최소한으로 줄일 수 있다.As described above, the pantograph frame adding apparatus 200 according to another embodiment of the present invention is provided with a body 210 and a tail 220 in the shape of an airfoil, thereby minimizing drag applied to the frame 500 of the pantograph. It is possible to minimize the effects of disturbances such as crosswinds.

본 발명의 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치는 앞서 살핀 두 실시예(100, 200)의 형상에만 한정되는 것은 아니다. 특히, 꼬리부는 열차 주행 시 와류 생성이 저감되게 프레임 주변의 공기의 흐름을 가이드 할 수 있는 다양한 형상으로 구비될 수 있다. 또한, 꼬리부는 상술한 플레이트 형상이나 에어포일 형상에 다른 형상이 부수적, 보조적으로 부가된 형상으로도 구비될 수 있을 것이다.The pantograph frame adding apparatus according to the embodiment of the present invention is not limited to the shapes of the two embodiments 100 and 200 previously described. In particular, the tail portion may be provided in various shapes that can guide the flow of air around the frame to reduce the generation of vortex when running the train. In addition, the tail portion may also be provided in a shape in which the shape other than the above-described plate shape or airfoil is added additionally or auxiliary.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치는 기존의 팬터그래프 시스템의 프레임을 대체하는 것이 아니라, 기존의 팬터그래프 시스템의 프레임을 그대로 유지한 채 부가적으로 간단히 장착되는 것이다. 따라서 본 발명에 의하면, 저비용으로 손쉽게 기존의 팬터그래프 시스템의 공력성능을 개선할 수 있게 된다.Such a pantograph frame adding apparatus according to an embodiment of the present invention is not simply replacing the frame of the existing pantograph system, it is simply additionally mounted while maintaining the frame of the existing pantograph system. Therefore, according to the present invention, it is possible to easily improve the aerodynamic performance of the existing pantograph system at low cost.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes and modifications to the scope of the invention.

100. 본 발명의 한 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치
110. 몸체 120. 꼬리부
121. 단부
200. 본 발명의 다른 실시예에 따른 팬터그래프 프레임 부가장치
210. 몸체 220. 꼬리부
500. 프레임100. Pantograph frame adding apparatus according to an embodiment of the present invention
110. Body 120. Tail
121.End
200. Pantograph frame adding apparatus according to another embodiment of the present invention
210. Body 220. Tail
500 frames

Claims (5)

팬터그래프의 프레임을 회전 가능하게 감싸는 몸체, 그리고
열차 주행 시 상기 프레임 주변의 와류 생성이 저감되게 공기의 흐름을 가이드 하도록 상기 몸체의 외주의 일측에서 외측 반경방향으로 미리 설정된 길이만큼 돌출되고 상기 몸체의 길이방향을 따라 구비되는 꼬리부를 포함하는 팬터그래프 프레임 부가장치.A body that rotatably wraps the pantograph's frame, and
A pantograph frame including a tail portion protruding a predetermined length in an outer radial direction from one side of the outer circumference of the body to guide the flow of air so as to reduce the generation of vortex around the frame when the train is running. Attachment. 제1항에서,
상기 몸체는 열차 주행 시 상기 꼬리부에 작용되는 공기의 흐름에 대응하여 상기 프레임에 대해 회전되는 팬터그래프 프레임 부가장치.In claim 1,
The body is a pantograph frame adding device that is rotated with respect to the frame in response to the flow of air acting on the tail when running the train. 제1항에서,
상기 꼬리부는 일정한 두께의 플레이트 형상으로 돌출되는 팬터그래프 프레임 부가장치.In claim 1,
The pantograph frame adding device protruding the tail portion in a plate shape of a constant thickness. 제1항에서,
상기 몸체 및 상기 꼬리부의 외주는 상기 몸체의 길이방향에 수직인 단면상에서 보았을 때 상기 꼬리부가 돌출된 방향으로 뾰족한 에어포일(airfoil) 형상인 팬터그래프 프레임 부가장치.In claim 1,
The outer periphery of the body and the tail portion is a pantograph frame adding device having a pointed airfoil (airfoil) shape in the protruding direction of the tail when viewed from the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the body. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에서,
상기 미리 설정된 길이는 상기 프레임의 직경의 0.5배 이상이고 2배 이하인 팬터그래프 프레임 부가장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
And said preset length is at least 0.5 times and at most 2 times the diameter of said frame.
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