틸팅열차
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1. 개요[편집]
철도차량의 한 종류이다.
모든 철도노선에는 직선구간 뿐 아니라 커브도 존재하기 마련이다. 그리고 급커브가 존재하기도 한다. 신나게 달리다가도 코너를 만나면 일단 감속을 해야 한다. 초창기 철도노선의 경우에는 증기 기관차의 속도가 높지 않았으니 커브가 별 상관 없었지만, 열차의 속도가 빨라진 오늘날에는 운행시간을 잡아먹는 원인이 되고 있다. 이 문제를 해결하는 방법에는 크게 두 가지가 있는데 선로를 개량하는 방법과 차량을 개량하는 방법이 그것이다. 틸팅열차는 이 중 후자에 해당한다.
2. 설명[편집]
선로를 개량하는 방법으로는 직선화된 노선을 새로 만들어 대체하는 방법도 있고, 곡선주로에서 부족한 캔트량을 보충해 주는, 즉 안쪽과 바깥쪽 궤도의 높이차를 크게 해 주는 방법도 있다. 어느 것을 택하든 공사비와 시간, 그리고 노선 운휴는 피할 수 없다. 이러할 필요가 없이 차체를 기울여서 부족한 캔트량을 보충할 수 있다면 이 문제는 더욱 단시간에, 그리고 저렴하게 이루어질 수 있다. 마치 오토바이가 곡선주로를 달릴 때 운전자가 몸을 살짝 기울이듯이 열차의 차체를 기울이는 것이다. 이렇게 하면 곡선통과속도의 허용치를 몇 퍼센트 가량 높일 수 있다[2]. 동계올림픽 종목 중 스피드 스케이팅과 쇼트트랙의 곡선 구간 활주 원리도 이와 비슷하며 이러한 원리를 바탕으로 개발된 것이 틸팅열차이다.
틸팅열차는 1930년대 미국에서 연구되었다가 제2차 세계 대전으로 잠시 맥이 끊기고, 1950년대 유럽 여러 나라에서 다시 연구되기 시작했지만 2020년대까지 살아 남은 기술 계보는 얼마 되지 않는다. 영국에서 연구했던 말로만 고속열차인 APT와 InterCity 125/225는 본격적인 도입을 포기하고 일부 특허를 이탈리아 피아트에 팔아치웠고, 피아트는 이미 70년대 당시에 틸팅열차인 ETR 401을 생산했으며 이후 펜돌리노 기술 개선에 잘 써먹었다. 알스톰으로 피아트 철도차량 부분이 인수되며 개발된 신형인 ETR 6X0(New Pendolino) 계열로 발전하였다. 펜돌리노는 영국, 핀란드, 체코, 중국, 스페인, 포르투갈, 슬로베니아 등 여러 나라에 팔려 나가서 그 동네 최상위 등급 열차로 뛰고 있다.
틸팅 열차 도입은 노반이나 지형 문제로 고속선을 신설하기 어려운 노선 혹은 인구밀도가 낮아서 운영상의 문제로 고속선 신설이 어려운 지역이나 국가들 위주로 이루어지고 있다. 그리고 펜돌리노 계열의 최고 속도는 국가마다 다르지만 250km/h로 고속철도에 해당한다.
열차가 운행하는 노선 전체의 데이터를 미리 입력해 둔 후 노선의 굴곡이나 켄트에 맞춰서 열차가 기울어지게 만드는 능동 방식과, 사전 데이터 없이 운행 당시의 관성과 원심력에 그대로 순응하며 열차가 기울어지게 만드는 수동 방식이 있으며, 능동적 틸팅이 더 고도의 기술이 필요하나 더 큰 경사각과 속도를 얻을 수 있다.
기울어진다고 해도 무슨 쇼트트랙 선수 코너 돌듯 엎어지는 건 아니고, 보통 3~8도 정도의 틸팅이 가해진다. 이 정도만 해도 속도의 손실을 확연하게 줄일 수 있고, 더 이상 기울일 경우에는 승차감이 떨어질 뿐 아니라 위험할 수도 있다.
틸팅은 대부분 대차에서 이루어지며, 대차 바퀴부분(아래)-대차 틸팅부분(위)으로 나누어져 있다. 틸팅 방식은 크게 2가지 종류로 나뉘는데 별도의 동력 없이 그냥 중력의 힘으로 움직이는 자연 틸팅식과 유압식 실린더나, 전기모터과 같은 별도의 동력장치를 이용해 열차를 기울이는 제어틸팅식이 있다.
변종으로 차체경사제어라는 것도 존재하는데, 별도의 틸팅 액추에이터 없이 대차 에어스프링의 공기량을 조절해 차체를 기울이는 방식이다. 틸팅대차를 사용하는 것보다 구조가 훨씬 단순해서 유지보수에 유리하지만 틸팅각도가 1° 정도로 효과가 약하고, 계속 공기를 넣었다 뺐다 하다보니 압축공기 소비량이 많아 거의 전 차량에 공기압축기를 넣어야 해서[3] 차내 소음이 커진다. 압축공기 소모가 너무 심해서 정작 제동장치의 작동에 쓸 공기가 부족해지는 문제도 있다. 전기제동을 사용하지 못해 공기제동을 많이 사용할 수 밖에 없는 디젤동차에는 이게 특히나 더 큰 문제가 된다.[4] 일본은 신칸센 N700계 전동차를 시작으로 전통적인 틸팅열차들을 이 방식으로 대체하고 있다.
가까운 곳에 있는 철도 강국인 일본 역시 산이 많아 철도 선형이 좋지 못한 것을 극복하고자 오래 전부터 틸팅열차에 대한 연구를 시작해왔으며, 이로 인하여 다양한 틸팅 열차들이 대거 등장하고 있다. 또한 기존 진자식과 달리 유압피스톤 방식의 틸팅 기술도 만들었으며, JR 시코쿠와 JR 홋카이도는 전철화된 철도노선이 별로 없는 탓에 디젤동차 주제에 틸팅 되는 놈들을 일찍이 뽑았다.[5] 민영화 이후로 JR은 본격적인 선형 개량을 꺼리는 대신 틸팅열차를 도입하고 있다.
스펀지 199회에서 소개된 바 있다.
3. 대한민국의 틸팅열차 개발[편집]
자세한 내용은 한빛 200 문서를 참고하십시오. 산악지형이 많아 철도 노선의 직선화에 한계가 있는 한국에서도 틸팅 기술에 대한 기대는 꽤 큰 편이었고, 특히 중앙선, 영동선, 태백선 등의 산악지역 노선에 적극적으로 투입하여 표정속도를 향상시키려는 구상도 있었으며, 기술 개발 역시 2000년대 초반부터 진행하였다. 그 결과물이 프로젝트명 TTX, 한빛 200이라는 열차다.
하지만 한빛 200은 사실상 시제차량으로 끝이 났고 틸팅열차는 맥이 끊겼다. 틸팅열차가 필요할법한 선로는 고속선이 있거나 틸팅열차가 필요없을 정도의 준고속선 수준으로 선로개량이 이뤄졌기 때문이다. 이는 기존선이 협궤로 이뤄져 속도 개선에 한계가 있는 일본과 달리 한국은 모조리 표준궤로 궤간이 통일되어 있기 때문에 일반선을 개량만 하는 것으로 틸팅열차가 필요없어질 정도의 속도 개선이 가능했기 때문이다. 심지어 틸팅열차가 활성화된 영국도 고속철도 태동기에 영국병의 후유증으로 선로개량에 소극적이었던게 주 이유이다.
경부선과 호남선은 경부고속선과 호남고속선이 장거리 여객 수요를 상당수 대체했고, 영동선과 태백선 경유 장거리 여객 수요를 흡수할 경강선 원주-강릉 구간이 개통되며 고속화 필요성이 떨어지는 화물열차 선로 역할로 축소된 상태다. 중앙선과 장항선, 전라선은 직선화 및 고속화 개량을 완료하였거나 진행중에 있다. 구체적인 단계는 아니라 할 수 있지만 제3차 국가철도망 구축계획으로 가면 경전선과 충북선 개량이 검토 중이며 동해선이 남북으로 이어지고 춘천속초선, 서해선 개통, 그리고 경강선 완전 개통이 이뤄진다. 이러한 개량 사업 이후 남는 것이라고 해봐야 경북선과 영동선, 태백선 정도에 불과한데, 이들은 화물 중심 노선, 로컬선, 부분 관광수요 위주 노선인지라 틸팅열차를 도입해야 할 정도의 고정 여객 수요가 나오지 않는다. 거기다 태백선은 경강선이 수요를 상당수 가져갔고, 영동선도 영남권에서 강릉 가는 수요는 동해선이 가져갈 가능성이 높아서 이들 노선이 설 자리는 더욱 좁아지고 있다.
그러나 남북통일/인프라 문제/교통 문서의 고속화 반론 문단에 나오듯 통일 이후 해당 기술이 부활할 가능성이 있고, 북한의 험준한 지형에서 검증이 되면 수출길이 열릴 수 있다.
4. 각국의 틸팅열차[편집]
4.1. 한국[편집]
4.2. 일본[편집]
일본국유철도 민영화 이후 재래선 선형개량에 사실상 손을 놔버린 대신 틸팅열차를 적극적으로 도입해 운용 중이다.[6]
- 일본국유철도
- JR 서일본
- 키하 187계 동차
- 283계 전동차
- 381계 전동차
- 신칸센 N700계 전동차(16량 편성차 한정)[A]
- 신칸센 N700S계 전동차[A]
- JR 도카이
- JR 시코쿠
- JR 큐슈
- JR 홋카이도
- JR 동일본
- 치즈 급행
- 오다큐 전철
- 나고야 철도
- 메이테츠 1600계 전동차[A]
- 메이테츠 2000계 전동차[A]
4.3. 유럽[편집]
- SJ X2(스웨덴)
- TALGO (스페인)
- 펜돌리노 (이탈리아 피아트 → 프랑스 알스톰)
- ICE T (독일)
- ICE TD (독일)
- Advanced Passenger Train(APT) (영국)
-
InterCity 250 (영국)[12]
4.4. 북미[편집]
- CB & Q 6000형 실버 팬듈럼 - 세계 최초의 틸팅열차
- UAC 터보트레인 세계 최초의 상업운전용 틸팅열차
- 아셀라 - 틸팅 고속열차
- 아벨리아 리버티 - 도입예정
4.5. 대만[편집]
한국처럼 장거리 일반열차에 대한 수요가 많지만 협궤여서 선로 최고속도를 올리는게 불가능하기 때문에 틸팅열차를 적극 도입했다.
5. 관련 문서[편집]
[1] 잘 보면 곡선 선로보다 열차의 차체가 살짝 더 안쪽으로 기울여진 모습을 볼 수 있다.[2] 최소곡선반경, 차량의 무게중심, 캔트량 등에 따라 다르나 대략 5~20% 정도의 향상이 가능하다[3] 그 예로 차체경사제어를 채택한 E353계 전동차는 12량 중 무려 11량에 공기압축기가 들어간다.[4] 디젤동차+차체경사제어의 조합을 JR 시코쿠가 2600계 디젤동차를 통해 시도했지만 이 문제 때문에 결국 포기하고 전통적인 틸팅 디젤동차로 회귀하여 2700계 디젤동차를 양산했다.[5] 디젤열차는 전기열차에 비해 틸팅기술을 적용하기 어렵다. 디젤열차에 틸팅이 가능해진 건 틸팅 개발 이후 거의 20년 지난 뒤였다.[6] 일본은 재래선과 신칸센의 궤간이 서로 달라서 직결운행이 불가능하기 때문에 재래선을 개량할 필요성이 크게 떨어지긴 한다. 대신 한국과 같은 준고속선 규격의 노선도 신칸센에 포함하여 신칸센 건설에 보다 집중하고 있다.[7] 1973년 초도 생산[A] A B C D E F G H I J K L M N O 차체경사제어식[8] 2014년부터 비용절감 목적으로 모든 차량에서 틸팅장치를 제거하였다.[9] 세계최초의 능동식 틸팅열차[10] Advanced Passenger Train Experimental[11] Advenced Passenger Train Prototype[12] 서부간선(WCML)용으로 계획된 차량이나 자금부족으로 취소됨. 그 기술은 피아트에 팔려 상기한 펜돌리노 개발에 이용되었다.
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