고속열차 차간 공간에 의해 발생하는 공력소음의 실험적, 수치해석적 특성 분석

Abstract

고속열차가 주행할 경우 외부에서 발생한 소음이 실내소음에 영향을 끼치게 된다. 소음 발생에 영향을 끼치는 다양한 원인 중에서 고속열차의 고속 주행시에 가장 지배적인 원인인 공력소음을 측정하고 소음 발생 메커니즘을 분석하고 차간 공간의 조건을 바꾸어 소음저감 효과를 기대해 보았다. 공력 소음을 측정하기 위해서 소음의 원인인 차간 공간을 실제 크기와 같은 크기로 제작하여 풍동 실험 장치와 함께 고속열차의 고속운행시의 환경을 구현하였다. 차간 공간 제작시 고속열차의 차간 공간의 조건 변경을 용이하게 하였다. 공력소음에 큰 영향을 끼치는 특정 주파수에서 나타나는 유동피드백의 발생을 저감할 수 있는 방안으로 머드플랩의 형상을 변경하고 배열을 다르게 하는 방법과 공동 안에 흡음재를 설치하여 소음 저감 방안을 모색하였다. 마지막으로 실험식과 수치해석을 이용하여 공력 소음을 예측하였다. 차간 공간을 지나는 소음의 특성을 예측하기 위해서 유동피드백에 의해 나타나는 특정 주파수는 Rossiter's equation으로 확인하였다. 상류의 머드플랩의 끝단을 지나는 유체가 박리 현상을 일으키면서 만들어낸 난류에 의해 발생되는 Blocked pressure를 실험식을 통해서 각 주파수 영역별로 그 음압을 예측하였다. Lattice Boltzmann Method에 기반하여 만들어진 CFD를 이용하여 머드플랩 사이의 간격에 따른 속도와 Static pressure, Sound Pressure level, Octave band의 주파수별 음압의 위치와 크기를 수치해석을 통해 알아 보았다.; Aeroacoustic sound induced from inter-couch spacing is an important contributor to interior noise generation for high speed trains. Especially the open space between mud-flap has significant impact from flow-structure interactions. To understand noise generation mechanism, experiments were performed using the wind tunnel. To find mud-flap parameters for minimal noise generations length between mud-flaps, the various shapes of the mud-flap and acoustic treatment in cavity were set up and its effects on the wall-pressure generation were investigated. In addition to predict velocity and static pressure of position and level numerical analysis was performed using PowerFLOW based on lattice boltzmann method.