고속철도 차량의 공력 소음 저감 연구 = Reduction of Aerodynamic Sound Emission in High Speed Train

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 고속철도 차량 주행 중 발생되는 소음 중 차간공간에서 발생되는 공력소음을 예측할 수 있는 수치 해석적 방법론을 연구하였으며, 더불어 차간공간의 공력소음저감을 위한 설계 방안을 제시하고자 하였다. 고속철도차량 차간공간의 주행속도에 따른 소음 영향을 분석하기 위해 고속철도 차간공간에 대한 풍동실험과 전산해석을 함께 수행하였다. 풍동실험 결과 차간공간의 공력소음의 경우 열차 속도의 약 7.7승에 비례하는 것으로 분석되었으며, 난류유동장 해석을 통해 와류 형성이 이러한 공력소음을 야기하는 것으로 분석되었다. 차간공간의 소음 저감 방안으로서 와류 생성을 최소화 할 수 있는 방안이 요구되며, 본 연구에서는 차간공간에 조류의 깃 형상을 모사한 장치를 부착하여 소음발생을 저감하고자 하였다. 와류 생성을 최대한 억제할 수 있는 장치를 설계하기 위해 깃 형상과 관련된 5개의 주요 인자를 선정하였으며, 실험계획법을 통해 각 인자의 기여도 분석을 수행하였다. 본 연구에서 최종 도출된 깃 형상의 소음저감 장치의 경우 유체의 박리를 최소화 하였으며 깃 형상을 따라 유동이 분산되어 와류 생성이 줄어드는 것으로 분석되었다. 수치해석결과 약 10 dB(A) 소음저감 효과가 있는 것으로 분석되어 고속철도 소음저감에 효과적인 것으로 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A numerical analysis method for predicting aerodynamic sound emission at inter-coach space of high-speed train, and a design for reducing the level of sound emission are proposed. The wind-tunnel testing measurements of the aerodynamic sound pressure level for the new generation Korean high-speed train have suggested that aerodynamic noise at inter-coach space varies approximately to the 7.7th power of the train speed. The turbulent flow field analysis at inter-coach space region demonstrates that vortex formation causes generation of this aerodynamic sound. A biologically motivated design based on bird feather morphology is proposed to be installed at inter-coach space for mitigating the sound emission. The five morphological parameters of the feather morphology are extracted and the optimal shape determined. The turbulent flow field analysis demonstrates that the optimal shape leads to diminished vortex formation by causing separation of the flow as well as allowing the fluid to climb up along the surface of the flight feather. When a device is installed at inter-coach space, the numerical simulation indicates that a sound reduction on the order of 10 dB(A) can be achieved.