현대로템의 독보적 기술력! LTE급 원격제어, 열차풍 측정 시스템 개발!

올해 초 경남 김해시에서 한우농장을 운영했던 A씨가 코레일과 철도공단에 소송을 제기해 승소하는 사건이 있었습니다. 농장 인근에 지나가는 열차에 의해 발생하는 열차풍, 즉 진동과 소음으로 인해 한우들이 유-사산하거나, 성장지연, 수태율 저하 등의 피해가 발생했기 때문이었는데요. 대법원은 이러한 농장주의 상황을 고려해, 코레일과 철도공단 측이 A씨에게 손해배상을 진행하라는 판결을 내렸습니다.

최근에는 지하철 4호선 신용산역의 스크린도어 유리가 갑자기 파손되는 사건도 발생했죠. 사건 경위를 파악하는 과정에서 과도하게, 반복적으로 발생하는 열차풍이 주된 원인으로 꼽혔는데요. 이러한 승강장 내 스크린도어 파손은 자칫 승객의 안전을 위협하거나 고가의 스크린도어 운용 수명을 단축시켜 유지 보수 비용 및 노력을 발생시키는 원인이 됩니다. 철도 기술의 발달이 우리의 삶을 편리하고 편안하게 만들어준 것은 틀림없는 사실이지만, 그 속에서 우리에게 풀어야할 숙제를 던져준 셈이죠.

현대로템, 자사 기술력으로 논스톱 열차풍 측정 시스템 개발 성공!

사실 이런 열차풍에 의한 환경적 문제는 오래전에 대두됐습니다. 특히 세계적으로 앞선 철도 기술을 가지고 있던 독일과 일본은 이 같은 문제를 수차례 언급했고, 이를 해결하기 위한 많은 노력을 기울였습니다. 하지만 이들의 선행연구에서는 열차풍의 영향을 입증하기 위해 공기 압력, 하중 등을 각각 측정해 단편적인 데이터 분석 후 결과를 도출하는데 그쳐 열차풍에 대한 정확한 데이터를 측정하는데 한계가 있었죠.

열차풍은 열차가 주행할 때 주변에 발생하는 공기의 흐름을 이야기합니다. 열차풍은 열차의 통과순서에 따라 전두부에서 발생하는 압력 펄스, 중간에서 발생하는 경계층류, 후미부 읍압에 의해 빨려 들어가는 유동의 형태로 나타납니다. 또 터널 내에서의 열차풍과 터널 진출입 압력에 의한 열차풍도 환경소음에 큰 영향을 미치고 있습니다.

이러한 열차풍의 문제를 해결하기 위해 현대로템은 오랜 시간 연구에 몰두했는데요. 마침내 현대로템 자사만의 독보적인 기술력을 바탕으로 이 어려운 과제를 풀어내는데 성공했습니다. 바로 열차풍 측정 시스템 개발이 그것인데요! 그럼 지금부터 현대로템이 세계 최초로 개발한 열차풍 측정 시스템에 대해 소개하겠습니다.

현대로템이 개발한 열차풍 측정 시스템은 한마디로 말해 철도차량 안전을 위한 기술입니다. 철도차량이 운행되는 과정에서 발생하는 열차풍을 정확히 계측하고, 안전성 및 주변 환경에 대한 영향을 확인할 수 있는 ‘열차풍 원스톱 정밀 측정 시스템’이죠.

▲고속열차가 통과하는 터널 출구에 설치된 열차풍(열차 진출입시 발생하는 압력과 소음의 정도) 측정 장비

현대로템의 열차풍 측정 시스템은 크게 개활지(평탄한 지형, 막힘없이 탁 틔어 시원하게 너른 땅)에서와 터널 내부에서 측정하는 두 개의 시스템으로 분류됩니다. 개활지에서는 작업자들의 안전성을 확인하기 위한 선로 변에서의 측정이 이뤄지고, 이용객의 안전을 확인하기 위해서는 승강장에서의 측정이 이뤄집니다.

열차풍은 대기속도 및 압력으로 측정해 표현하는데, 열차 운행과 관련된 속도, 시격, 승강장의 형태, 터널 내-외부 환경 등에 따라 달라져 측정이 쉽지 않습니다. 특히 기존에 시행한 열차풍 측정 방법은 직접적인 시운전(공기역학 특성시험)을 통해서만 정확한 열차풍 측정이 가능했기 때문에 고비용, 저효율의 한계에 봉착할 수밖에 없었죠. 이러한 문제를 해결하기 위해 현대로템은 자체 투자 과제를 통해 열차풍 측정 시스템을 개발했고 성공적인 결과를 도출해냈습니다.

LTE급 통신 및 원격제어로 실시간 결과분석 가능해

▲열차풍 측정 시스템 개발에 앞장선 현대로템 노주현 책임연구원이 열차풍 측정 시스템으로 열차의 진동과 소음 결과를 측정 중!

현대로템이 개발한 이번 열차풍 측정 시스템은 LTE 급 통신 및 원격제어 프로그램을 이용해 터널 외부의 안전한 원격지에서 터널 내 측정 시스템의 제어, 성적, 발급까지 논스톱으로 수행할 수 있습니다. 이른바 원격 조정인데요.

각 데이터를 하나의 제어시스템으로 통합해 목표, 성능, 만족 여부 및 공인성적서를 자동 작성 할 수 있는 등 실시간 분석이 가능해 기존 기술과 비교했을 때 시험 소요시간 및 설계 검증 기간을 단축할 수 있다는 강점이 있습니다.

현대로템에 의해 개발된 이 기술은 2016년 현대로템이 수주한 동력분산식 고속 열차에 처음 적용해 개정된 철도 안전법을 만족시킨 차량을 제작, 납품하는데 적용될 예정입니다. 또한 이를 통해 현재 운행 중인 KTX, KTX-산천 및 SRT 등 고속차량의 열차풍 관련 데이터베이스를 구축해 최적화된 열차 전두부 형상 설계에 활용할 계획이죠.

▲터널 압력파 저감을 위한 최적 전두부 형상이 적용된 EMU-260/320 조감도

이미 신규 개발 중인 EMU-260/320 동력분산식 고속 열차의 전두부 형상은 이러한 공기역학적 특성을 반영해 터널 진출입 압력파 저감을 통해 친환경적이고 안전한 차량으로 디자인되고 있습니다.

최근 안전, 소음 및 환경에 대한 국민들의 관심이 높아지는 가운데 현대로템에서 신규 개발한 열차풍 시스템은 더욱 큰 의미를 갖는데요. 현대로템은 자사만의 기술력으로 개발한 열차풍 측정 시스템을 이용해 보다 안전하고 친환경적인 열차를 만들 예정입니다. 아울러 지속적인 연구개발로 세계적 수준의 경쟁력을 확보해 국내외 고속차량 수주를 이어갈 계획이니 앞으로도 발 빠른 현대로템의 행보에 주목해주세요!

현대로템 노주현 책임연구원에게 들어보는 '열차풍 측정 시스템 개발 스토리'

▲인터뷰에 응한 현대로템 기술연구소 응용기술연구팀 노주현 책임연구원

Q. 열차풍 측정 시스템을 개발하시게 된 계기는 무엇인가요?

A. 고속 열차가 터널 주행하는 경우 터널 내부와 차량 외부에서는 급격한 압력 변동이 발생하는데요. 이때 발생하는 압력은 직접적으로 승객 및 운전자에게 전달되고 이는 승객에게 이명감 및 피로감을 유발하게 됩니다. 또 고속 열차가 터널을 진출입할 때 역시 강한 압력이 발생하게 되는데 이때 발생되는 압력은 열차풍을 일으키게 되고, 앞서 언급한 환경문제 등을 유발하게 되죠. 이것을 소닉붐(sonic boom : 초음속 열차 등이 내는 큰 소음)이라고 하는데요. 소닉붐으로 인한 피해를 최소화하기 위해 열차풍 측정시스템을 개발하게 되었습니다.

Q. 열차풍 측정시스템 개발의 가장 큰 의미는 무엇인가요?

A. 이번 개발된 열차풍 측정 시스템은 개정된 철도안전법 뿐만 아니라 유럽연합(EU) 규정에 따른 철도 호환성 기술 규격(TSI)도 만족할 수 있도록 설계되었습니다. 단기적으로는 자체 개발 시스템을 적용하면 외부 용역을 통한 측정비용 대비 프로젝트별 약 2억원 이상이 절감 될 수 있을 것으로 예측하고 있습니다. 아울러 중장기적으로 볼 때 향후 해외 고속차량 시장 진출 경쟁력 강화에 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다.

Q. 현대로템의 열차풍 측정시스템이 앞으로 어떤 역할을 하게 될까요?

A. 철도 기술이 더욱 발전되고 차량의 속도가 빨라질수록 소닉붐으로 인한 피해들은 커질 수밖에 없습니다. 그로 인해 발생되는 사고를 미연에 방지하고, 철도를 이용하는 많은 승객들의 안전을 지키는데도 큰 역할을 할 거라 확신합니다.

신기술 개발과 관련해 눈코 뜰 새 없이 바쁘신 가운데서도 해당 기술 관련 인터뷰 및 촬영에 협조해주신 노주현 책임연구원께 깊은 감사의 말씀을 드립니다!

★ 노주현 책임연구원은 현대로템 기술연구소 응용기술연구팀에 재직하며 현대로템에서 생산하는 국내외 모든 차종의 공기역학과 화재성능 관련 연구를 수행하고 있습니다