철도 공동사업단(Rail JU)은 최근 항공 산업에서 복합재료가 열차 차량 및 구동 장치에 많이 사용됨에 따라 복합재료를 활용한 기술 시연 프로젝트 결과를 발표, 비용 효율적이고 지속 가능한 열차는 유럽 철도 시스템의 성공을 촉진하는 중요한 요소로 작용할 것
- 현대 열차는 주로 강철과 알루미늄 같은 금속 재료로 제작되나, 최근에는 항공 산업에서 검증된 복합재료가 열차 차량 및 구동 장치에서 점점 더 많이 사용되고 있음
- 단독으로 사용되거나 금속 재료와 결합되어 사용되는 복합재료는 열차의 무게를 크게 줄일 수 있으며, 차량의 경우 평균 20% 이상, 구동 장치의 경우 최대 60~70%까지 무게 감소 가능
- 유럽의 철도 공동사업단(Rail JU)의 7개 기술 시연(TD) 프로젝트는 복합 재료와 기타 경량 재료를 사용한 열차 및 구동 장치의 개발을 강조, 이로 인해 승객들에게 더 나은 편안함을 제공하며 에너지 효율이 높은 여객 열차와 유지보수가 용이한 구동 장치의 개발이 가능해짐
세 개의 시범 차량에 대한 테스트 결과 복합재료가 경량 구조 기술에 실행 가능한 대안이라는 것이 확인되었으며, 약 20%의 중량 감소 달성
- 세 개의 경량 구조 기술 시연 프로젝트에서는 복합재료를 활용한 새로운 세대의 열차 차체를 개발 및 시연
- Talgo는 알루미늄과 복합재료를 결합하여 열차 차량의 차체를 개발, Siemens Mobility는 고속 열차 플랫폼인 VELARO의 중간 객차 끝단을 복합재료로 대체, Alstom은 지하철 열차의 하부 구조를 복합재료로 대체
- 이로 인해 약 20%의 무게 감소를 달성하였으며, 복합 부분의 간소화된 프로세스로 인해 구성요소 감소
- 이 과정에서 철도 차량의 최소 구조적 요구 사항(EN 12663-1)을 포함한 다양한 철도 표준에 따른 테스트가 성공적으로 수행
- 복합 재료와 새로운 설계 방법을 사용하여 개발된 시제품들은 실제 철도 운영자들에게 혜택을 제공하며, 항공 및 철도 산업 간의 협력을 통해 다양한 재료와 제조 방법이 탐구되었음
- 복합 차체는 TRL4~TRL6 응용 및 개발연구 단계에서 검증됨
- 새로운 EU 표준화 기관 CEN 워킹그룹이 구성되어 복합재료의 적용을 위한 표준 프로세스를 정의할 예정
네 개의 시범 프로젝트를 통해 복합재료가 경량 구동 장치 기술에 유망한 솔루션이라는 것을 확인, 새로운 탄성체가 성능과 내구성을 향상시킬 수 있다는 점도 강조됨
- 열차의 안전성과 성능에 중요한 대차* 시스템의 성능 향상과 마모 감소를 위해 새로운 대차 솔루션 개발이 필요
* 차체 지지 및 회전을 위한 주행장치
- 네 개의 경량 구동 장치 기술 시연 프로젝트는 복합 및 새로운 탄성체를 사용하여 새로운 구동 장치를 개발하고 시연
- 경량 대차 구성요소 시연 프로젝트에서는 Alstom에서 개발한 복합재료로 만든 스프링과 안테나 빔을 시연하였으며, 메트로용 단일 차축 주행 장비 프레임 시연에서는 Trafikverket가 구현한 단일 차축 주행 장비 프레임을 설계
- 또한, 단일 차축 독립 회전 휠 주행 장비 시연 프로젝트에서는 Talgo가 구현한 경량 단일 차축 독립 회전 휠 주행 장비 프레임을 개발했고, 혁신적인 엘라스토머 기반 주행 장비 구성요소 시연 프로젝트에서는 주행 장비 구성요소를 시연
- 이를 통해 구동 장치에서 복합재료의 사용이 눈에 띄게 진전되었음을 확인하였으며, 경량 대차 구성요소 시연에서 60~70%, Talgo의 구동장치 시연에서 46% 감소 등 초기 중량 감소 목표 달성
이러한 혁신을 통해 열차 시스템 전체의 에너지 소비 감소, 적재 용량 증가, 유지보수 비용 절감 등이 가능해짐
- 그러나 복합 재료의 피로파괴(fatigue failure) 등 몇 가지 도전 과제가 남아 있으며, 이를 해결하기 위한 추가적인 연구와 개발이 필요
