한국철도기술연구원 상어 아가미서 힌트…고속철 터널폭발음 저감후드 개발

한국철도기술연구원(철도연)이 상어 아가미에서 아이디어를 얻어 고속철도 터널 공기압축에 의한 폭발음을 줄이는 터널폭발음 저감후드기술을 개발, 현장 성능검증을 끝냈다.

철도연은 고속철도 터널 외부 폭발음의 80% 이상을 줄이는 세계 최고 성능으로 철도 선진국보다 터널단면적의 25%를 저감시키는 효과를 기대한다고 22일 밝혔다.

철도연에 따르면 고속열차가 터널에 진입하면 터널 내부 압력 변화로 파동이 발생하고 이 파동의 일부분이 터널 출구에서 폭발음과 같은 큰 충격성 소음을 일으켜 터널 주변 민가와 축사 등에 큰 피해를 준다. 터널 출구 큰 폭발음은 고속철도 설계에서 중요한 쟁점이다.

고속철도 터널 출구의 이 같은 폭발음을 줄이기 위해 많은 나라가 터널 단면적 확장과 터널 입구에 압력구배 저감후드 설치, 고속열차 전두부 길게 설계 등을 적용하고 있다.

하지만 터널 단면적을 크게 하면 철도건설비용이 상승하고 고속열차 전두부를 길게 설계하면 공력저항이 증가해 연간 운영비가 높아진다.

이 때문에 설치비가 저렴한 공기역학 구조물인 압력구배 저감후드를 터널 입구에 설치하는 방법이 적용되고 있으나 성능에 한계가 있다.

철도연은 이에 상어가 고속으로 헤엄칠 때 입으로 유입되는 바닷물 압력을 감소시키기 위해 양쪽으로 아가미를 벌리는 모습에서 아이디어를 얻어 상어 입안과 아가미의 3차원 구조변화로 인한 압력구배 저감원리를 응용, 상어 생체모사 후드구조체를 개발했다.

연구책임자인 김동현 철도연 수석연구원은 “터널 폭발음 저감성능이 84%로 일본과 독일, 중국 등 터널후드 구조체 터널폭발음 저감성능 50%에 비해 30% 이상 우수한 세계 최고 성능”이라며 “후드 건설비도 후드의 길이가 짧아져 40% 정도 절감할 수 있고 터널 앞에서 고속열차 속도를 줄일 필요가 없어졌다”고 말했다.

철도연은 앞서 초고속 열차모델 터널 주행시험장치에서 최적 설계 축소모델 성능시험을 실시했다. 오송 철도종합시험선 제5터널에 설치해 현장을 완료했다. 축소모델 성능시험과 실물 현장시험 결과 등은 한국산업기술시험원(KTL)으로부터 공인시험성적서를 받았고 미국과 일본, 독일, 중국 등 4개국 국제특허 등록도 마쳤다. 상어 생체모사 후드는 내년 완공되는 시속 250㎞급 중부내륙철도와 춘천~속초 고속화철도 설계 등에 기술을 이전해 반영했다.

나희승 철도연 원장은 “터널 폭발소음을 줄이는 친환경적인 기술이면서 터널 단면적도 줄이는 경제적인 기술”이라며 “첨단 기술로 성능한계를 극복하고 친환경 미래 모빌리티의 경쟁력 창출을 위해 노력하겠다”고 말했다.

의왕=임진흥기자