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과제기본정보

철도차량 충돌 안전성능 평가 및 피해저감 기술 개발1년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 05PRTD-C044045-01
국가과학표준분류 1순위 None | None | None 적용분야 -
2순위 None | None | None 실용화대상여부 -
3순위 None | None | None 과제유형 -
과제명 철도차량 충돌 안전성능 평가 및 피해저감 기술 개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 권태수
소속 한국철도기술연구원 직위 실원
전화번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2005-09-28 ~ 2011-06-30
당해연도 연구기간 2005-09-28 ~ 2006-09-27

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
1차년도 960,000,000 0 22,500,000 22,500,000 982,500,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 오늘날 열차 대형사고의 사고소식은 발생 후 수 분 안에 전 세계인의 뉴스가 되는 시대에 인류는 살고 있다. 비단, 국가적 이미지의 실추 뿐만 아니라, 직접적 피해도 최대한 피하고 싶은 것이다. 이러한 연유로 선진국에 갈수록 더욱 열차안전에 투자를 하고 있는 실정이다. 최근 세계적인 추세는 철도안전을 확보하기 위해 가장 경제적인 방법으로 Passive Safety에 집중하고 있다. 그런 이유가 아니더라도 국내의 철도사고 사망자의 통계를 살펴보면 대다수가 충돌/충격사고로 사망하는 것이므로 이에 대한 대비책이 절실하다. 본 과제는 열차충돌사고, 건널목충돌사고, 공중인명접촉사고 등을 대상으로 하고, Passive Safety의 관점으로 사고 시에도 인명을 구하는 대책을 제시하고, 그러한 대책이 실효적으로 발휘될 수 있도록 관련 산업기술, 성능평가기술, 검증을 위한 시험장비 등을 구축하도록 구성되어 있다. 충돌안전도를 세계 일류 수준으로 확보하기 위해서는 안전프로젝트의 구성요소를 파악하여야 한다. 일반적으로 안전 프로젝트는 시스템, 정보, 기술, 인프라로 구성되어 있다. 따라서, 본 과제에서도 충돌과 관련된 시스템, 정보, 기술, 인프라 부분을 선진국과 비교하면서, 필요한 개선점을 도출한 다음, 연구추진방향을 설정하고 투자를 하여 연구결과를 내도록 구성된다. 이러한 연구결과가 얼마나 활용될 것인가도 사전에 잘 고려되도록 추진전략이 짜여진다.
최종목표 세계 일류수준의 열차충돌안전도 확보
o 선진국수준의 충돌안전기준 시행체계구축을 위한 기술적 지원
- 철도안전법 철도차량안전기준의 세부지침의 기술적 지원
- 차량안전기준의 기술수치의 검증
o 철도안전정보시스템의 충돌안전 기술 분야 지원
- 위험예측 및 안전평가엔지니어링 충돌분야 지원
o 충돌안전 설계기술 및 성능평가기술 개발
- 고속철도 전두부 및 객차단부 충돌에너지 흡수 구조 개발
- 일반철도 전두부 및 객차단부 충돌에너지 흡수 구조 개발
- 도시철도 전두부 하부구조 충돌에너지 흡수 구조 개발
- 운전자 보호 구조 모듈 개발
- 에너지 흡수식 연결기 핵심기술 개발
- 승객보호용 안전의자 핵심기술 개발
- 완충차막이 국산화 연구개발
- 선로침입자 구명 에어백 핵심기술 개발
- 구조 및 장치의 충돌안전도 시험적 성능평가기술 개발
- 구조 및 장치의 충돌안전도 해석적 성능평가기술 개발
- 열차충돌시 전체차량 타고오름 및 충돌안전도 평가기술개발
o 세계일류수준의 충돌시험설비 확보
- Full scale 시험설비 엔지니어링 및 구축
- 대형압괴 시험설비 엔지니어링 및 구축
- SHPB 시험설비 엔지니어링 및 구축
- 개발제품의 충돌안전도 시험수행
- 안전기준 검증 및 평가기술 연구를 위한 시험수행
- 장비의 운용에 대한 방안 마련
연구내용 및 범위 ○충돌안전요건연구
-철도안전SE과제와의 연계
-표준충돌사고 시나리오 도출
-차종별 충돌설계 가이드라인 도출
-충돌안전구조/부품의 충돌안전 요건 도출
○충돌안전기준 지원
-안전기준에 필요한 기술자료 지원
○일반철도/고속철도 전두부 및 객차단부 충돌에너지 흡수 구조 개발
-일반철도/고속철도 전두부 개념설계 및 해석
-일반철도/고속철도 전두부 Mock-up 제작
-전두부 구성부재 성능개선 및 최적화
-객차단부의 에너지 흡수 구조 설계 가이드라인 확립
-단부 에너지 흡수 목표사양 설정 및 상세설계
-전두부/객차 단부 시제품 완료 및 충돌안전도 성능시험 수행
○도시철도 전두부 하부구조 충돌에너지 흡수 구조 개발
-충돌안전 전동차 해외 벤치마킹
-기존전동차 하부구조 개선안 도출 및 개념안 평가
-주요부재 및 전체구조 최적화설계
-전두부 하부구조 시제품 제작완료 및 충돌안전도 성능시험 수행
○운전자 보호 구조 모듈 개발
-운전자 보호구조 해외 벤치마킹
-운전자 보호구조 목표사양 선정 및 개념설계
-운전자 보호구조 상세설계 및 성능시험
○에너지 흡수식 연결기 핵심기술 개발
-충돌 시나리오 관련 자료조사
-구성품 기본설계 및 성능개선
-Shear-off mechanism 개발
-연결기 전체 완충성능 최적화
-연결기 붕괴 mechanism Mock-up제작
-연결기 주요 구성품 성능시험
-연결기 시제품 제작완료 및 충돌안전도 성능시험 수행
○승객보호용 안전의자 핵심기술 개발
-국내외 기술현황 파악 및 자료수집
-의자 충돌안전 설계사양 작성
-의자 LAY-OUT 설계
-Sled시험용 견본제작 및 Sled 시험 수행
-실차 충돌시험용 견본제작 및 실차 충돌시험 수행
○완충차막이 국산화 연구개발
-핵심 구성품 요소기술 개발
-완충차막이 개념설계
-완충차막이 부품별 최적화 및 전체성능 최적화 설계
-마찰 클램프, 에너지 흡수튜브 등 주요 구성품 Mock-up 제작
-완충차막이 시제품 제작완료 및 충돌안전도 성능시험 수행
○선로침입자 구명 에어백 핵심기술 개발
-시나리오 설정
-운용, 시스템, 구성품 요구조건 분석
-탐지장치 설계 및 제작 및 기본성능 확인
-인명구조장치 설계 및 제작
-통합제어장치 설계 및 제작
-선로침입자 동력학적 거동 해석/시험
-실용화 가능성 판단
-실용화 설계 및 제작
-구성품, 시스템 성능평가 및 안전성평가
○충돌안전도 성능평가기술 개발
-1차원 모델을 이용한 충돌성능평가기술연구
-2차원 모델을 이용한 충돌성능평가기술연구
-3차원 충돌해석 평가기술 연구
-1차원/2차원 충돌해석 프로그램 개발
-열차충돌시 전체차량 타고오름 및 충돌안전도 평가기술개발
-승객 거동 및 상해 해석기술
-Sled등 상해치 평가기법 연구
-실차충돌시험평가기법 및 시험절차 확립
-승객상해 평가기법 및 시험절차 확립
-시험과 해석평가의 비교분석 및 해석평가기법 개선
○충돌안전시험설비 엔지니어링 및 구축
-외국사례조사 및 분석
-국내환경에 적합한 충돌시험방식 선정
-시험장치 구축 실시설계 엔지니어링
-실시설계의 적합성 등 검토
-충돌시험설비 설치
-시험설비 시운전 및 검증시험실시
-실차충돌시험설비의 설치 완료 및 설비운용
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
1차년도 - -
연구성과 기술적 기대성과 - 철도차량 안전기준의 세부시행에 필요한 표준충돌각본 및 설계 가이드라인 도출에 기여
- 선진국에서는 철도차량 설계에 보편적으로 활용하고 있는 1차원/2차원 충돌동역학 기술을 국내에서도 설계에 적용할 수 있는 기술적 기반 마련
- 위험한 탈선사고를 빈번하게 유발하는 장애물 충돌에 의한 탈선에서 탈선현상을 규명하고 대책을 마련할 수 있는 3차원 충돌동역학 해석 기술 확보
- 충돌 중대사고방지를 위한 기술개발과 우리나라 철도안전을 선진국수준으로 끌어올리기 위하여 꼭 필요한 시험시설을 확보함에 따라 내실 있는 철도 안전기술개발이 가능
- 열차안전에 대해 국제적 수준의 승객보호 기준, 평가방법 및 절차를 확보하여 열차 승객 및 선로내 작업자/보행자 보호를 위한 철도차량 안전 기술의 발달에 크게 기여
- 철도 안전 평가에 필요한 기준 및 시험절차와 승객 상해 평가 시스템에 대한 기술/기준의 확보로 철도 차량 및 부품에 대한 안전 기술발달의 선진화에 크게 기여
사회 경제적 파급효과 - 점점 엄격해지는 선진국의 안전기준에 대응할 수 있는 기술을 개발함으로써 해외 수출 경쟁력 확보에 기여
- 국내에서는 기존에 없었던 충돌안전도 설계 관련 부품이 개발됨으로써 국내 산업 활성화에 기여
- 대형 사고 피해를 저감하여 국민의 복리증진 및 피해 손실 비용 절감
- 본 연구사업에서 5년간 36회(8회/년간)의 열차충돌시험이 예상되고, 향후 철도 충돌 안전도 관련 연구 및 기술개발 과정에서 철도차량을 외국으로 이송해서 시험하기는 매우 어려운 실정을 감안 할 때, 막대한 예산 낭비의 최소화 등 경제적 기대효과가 있다고 사료됨
- 열차 사고시 그 피해를 최소화하는 기술 및 우리나라 현실과 환경에 적합한 안전기준을 확보함으로서 해마다 연간 200여명의 공중인명 사상자를 줄이고 대형사로로 이어지는 열차사고시 승객의 피해를 최소화하여 국민의 생명과 권익을 보호
- 철도 안전 친화적 기술개발에 대한 기초기술기반을 확보하여 수출 철도차량(전동차 등)의 국제 경쟁력이 향상됨에 따라 국내 열차산업의 국제 경쟁력을 확보
- 철도 차량의 구조, 부품 등에 대한 안전도 평가를 위한 기술의 국산화를 통하여 완성차 제작사 또는 부품회사의 평가시스템에 대한 수입대체 효과 및 평가기술 발전을 위한 기초기반을 확보하여 향후 기술 발전에 기여
- 선진국 수준의 안전 기준 및 법규제정 등을 통한 일관적인 정부정책의 추진 및 정부정책에 대한 객관성과 투명성을 확보하여 국가 신뢰도 및 경쟁력 향상
활용방안 가. 충돌안전설계기술개발의 활용방안

본 과제의 중요한 전략 중 하나는 안전기준을 강화하고, 강화된 안전기준을 평가할 기술을 갖추는 동시에, 기업에서 이러한 요구조건에 맞는 제품을 생산할 수 있도록 기술을 지원하는 것이다. 향후 안전기준을 만족하지 못하면 납품을 할 수 없는 법적 제도와 민간이 이에 대응하도록 설계기술을 지원하는 점이 시너지 효과를 냄으로써, 본 과제에서 개발되는 구조 및 장치 등은 실용화의 가능성이 아주 높다.

○ 고속철도/일반철도/도시철도 충돌에너지 흡수구조 개발
본 과제에서 개발되는 에너지 흡수구조는 표준모델로 개발된다. 표준모델은 충돌시험설비를 구축함과 동시에 과제종료 전까지 안전성능시험을 완료하게 된다. 따라서, 개발된 표준모델은 이미 안전기준을 만족하므로 즉시 현장에 적용 가능하게 된다.

○ 에너지 흡수식 연결기 개발
본 과제에서는 이제까지 국내에서 개발되지 않았던, 충돌안전성능이 대폭 강화된 에너지 흡수식 연결기의 핵심기술을 개발하게 된다. 참여기업이 그러한 안전기준에 대응하도록 충분한 설계기술을 지원하여 실용화를 유도한다.

○ 승객보호용 안전의자 핵심기술 개발
향후 충돌안전기준에 의자 및 승객상해치 기준이 적용 됨에 따라, 본 과제에서 이미 안전기준 시험을 거쳐 완성된 핵심부품의 실용화 가능성은 매우 높다.

○ 완충차막이 국산화 개발
기존 비 완충 차막이를 대체할 완충차막이는 외국에서 수입되는 제품의 가격이 너무 높아 국내적용에 애로점이 많다. 본 과제에서 가격을 대폭 낮추면서도 국내기술로 외국제품에 못지 않는 성능을 내는 제품개발이 진행된다. 이러한 제품은 운영기관의 수요가 많이 예상되는 동시에 신제품으로써 파급효과가 크다.

○ 선로침입자 구명 에어백 장치 개발
열차사고사망자의 절대다수를 차지하는 선로침입자에 대한 구명장치를 본 과제에서 개념설계하게 된다. 본 과제에서 개발되는 장치는 feasibility study 단계를 거쳐 실용화를 위한 기반기술까지 포함된다. 향후 이러한 시제기술을 바탕으로 현장적용이 되리라 본다.

나. 충돌안전성능평가기술개발의 활용방안

○ 안전기준 검증
철도안전법에 의한 철도차량안전기준이 시행되고 그에 따르는 세부지침이 본격적으로 적용될 때, 안전에 대한 성능평가기술이 없다면 안전기준은 무용지물이 된다. 따라서, 이러한 평가기술은 세부지침과 시험절차를 만드는데 활용되며, 안전기준의 실질적 시행기반이 된다.

○ 국내기술분야 선도
3차원 충돌해석의 경우는 전산역학의 최고봉 중의 하나이므로 이에 대한 본격적 연구는 국내기술분야에 새로운 파장을 만들 수 있다. 본 과제에서는 슈퍼 컴퓨터를 본격적으로 활용하여 현재 기술수준이 허용하는 한도까지 계산역학에 대한 연구를 시도한다. 동시에, 국내외 새로운 기술분야로 관심을 모으고 있는 유연다물체 동역학에 대한 연구를 소개하는 계기로 활용된다.

○ 성능평가기술의 해외시장 진출
충돌안전에 대한 시험설비 및 기술은 현재 미국과 유럽등지에서 본격적으로 연구 중이다. 최근 인도와 같은 나라에서도 본격적으로 뛰어들기 시작했다. 현재 동아시아 국가에서는 이러한 분야에서의 다소 미진하다. 중국, 일본 등에서 본격적인 열차충돌시험설비의 구축이 없으며 성능평가기술의 연구가 상대적으로 부족한 점으로 보아, 국내에서 이러한 기술을 개발한다면 동아시아에서 열차충돌안전분야의 선도적 역할을 하게 될 것이다. 따라서, 국내에서 서둘러 기술개발 및 설비를 구축한다면, 거리상으로 인접한 중국과 일본의 열차충돌시험에 대한 기술용역이 충분히 가능하리라 판단된다.

다. 충돌안전시험설비의 활용방안

○ 연구용 활용
-제품의 설계→평가→수정의 반복과정에서 연구개발용
-개발된 안전장치의 성능검증용
-충돌안전도 평가기법개발에서의 연구용으로 사용

○ 인증용 활용
-안전기준의 세부시행지침을 수행하기 위해 차량의 인증용 장비로 사용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 열차충돌 안전 피해저감 성능평가 시험설비
영문 train crash safety passive safety performance evaluation test facility
최종보고서
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