– 공기저항 줄이는 ‘캡슐형 대차시스템’ 개발 중

철도연이 고속열차의 공기저항을 줄이고 에너지 효율을 극대화할 수 있는 신개념 대차시스템을 개발 중이다. 대차 구조를 혁신적으로 변경해 경량화와 소형화를 동시에 달성하고, 열차 하부를 밀폐하는 ‘캡슐형’ 구조를 적용한 것이 핵심이다.

고속철도 차량의 에너지 사용량은 전체 운영비의 상당 부분을 차지하며, 국제 에너지 가격 상승으로 철도 운영사들의 절감 요구도 커지고 있다. 차량 하부의 주행장치인 대차는 전체 중량의 약 30%를 차지하며, 주행 저항의 주요 원인이기 때문에 경량화 효과가 크다.

철도연은 기존 박스형 대신 I-빔 구조와 최적화 설계를 적용해 대차 프레임을 약 29.5% 경량화했다. 추진시스템에는 고출력·고효율의 매입형 영구자석 동기전동기(IPMSM)를 적용해 소형화와 저소음, 유지보수 편의성을 확보했다. 또한, 제동시스템은 전기기계 제어 방식을 적용해 구조를 소형화했고, 열차 하부 밀폐에 따른 발열 문제도 해석을 통해 안전성을 확인했다. 동력전달장치 역시 간소화해 구조 효율을 높였다.

철도연은 전체 시스템의 성능 해석모델을 구축하고, 탈선 안전성·승차감·진동 특성 등을 시뮬레이션했다. 그 결과, 유럽 고속열차 기준(EN 14363, EN 12299)을 모두 충족했으며, 마모된 차륜 조건에서도 임계속도 550km/h 이상을 기록해 주행 안정성을 입증했다.

이 기술은 고속열차의 에너지 절감을 앞당기고, 향후 강화되는 국제 규제에도 대응할 수 있는 기반이 될 것으로 기대된다.