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철도관련으로 간단하게 궤간과 속도의 상호관계를 이용하여 추론한 것과 파생설정을 소개할께요.
여기서 제목에 나온 전문용어 하나를 해설해 둘께요.
궤간(軌間, Track Gauge)은, 2개의 레일 안쪽 사이의 최단거리.
보통
철도에서 가장 많이 쓰이는 표준궤는 4피트 8과 1/2인치(=56.5인치), 즉 미터법으로는 1435.1mm이지만 대체로
1435mm라고 소수점 이하를 반올림하여 쓰고 있어요. 같은 원리로 3피트 6인치(=42인치)는 1067mm로, 4피트
6인치(=54인치)는 1372mm로, 5피트 3인치(=63인치)는 1600mm로 통용되고 있어요. 5피트(=60인치) 궤간의 경우
미터법으로는 1524mm로 소수점 없이 환산되지만, 이것도 러시아에서는 1520mm, 핀란드에서는 1524mm로 다르게 정의하고
있어요. 물론 허용오차 범위내라서 상호직통에는 문제될 것은 없어요.
보통 궤간이 크면 좌우의 흔들림이 적고 빨리 달리는 데에 유리하죠. 그러면 이게 얼마나 유리할까요?
평형캔트량, 즉 무게중심이 한쪽으로 안 쏠리고 궤도중심과 일치할 경우의 2개 레일의 높이 차 및 최소곡선반경을 알 때 철도노선의 최고속도를 산출하는 공식을 원용해서 볼 수 있어요.
여기에서 V는 최고속도, C는 설정캔트량(좌우 레일의 높이차), G는 궤간, H는 레일의 표면에서 차량의 무게중심까지의 거리, R은 곡선반경, S는 안전율임을 꼭 기억해 두시길 바랄께요.
속력의 제곱이 궤간에 비례하니, 속력은 궤간의 제곱근에 비례한다는 점이 보일 거예요.V2=127R(G/2SH+C/G)
이렇게 간략화된 산식을 적용하면 이렇게 실제사례를 역으로 검증가능해요.
호주의
퀸즐랜드철도(Queensland Rail)는 1067mm 궤간을 사용하면서 시티네트워크에서 최고 140km/h 운전을 하고 있는데, 이것을 다른
조건이 동일한 표준궤인 1435mm에 대입을 해 보면 최고속도는 소수점 이하를 버림해서 162km/h가 되어요. 사실 궤간의
비율로 보면 1067mm는 1435mm의 75%에도 못 미치지만 최고속도의 비율은 표준궤의 86%를 상회할 정도. 즉 궤간이 크면
고속운전에 유리하긴 하지만 이게 월등하다는 건 아닌 게 이렇게 수치로 증명되는 것이죠. 또한 브리즈번-케언즈 구간의 북부해안철도(North Coast railway line, 1680km)의 장거리 특급은 160km/h 증속운전을 하는데, 이 경우도 계산해 보면 표준궤의 경우 최고속도는 소수점 이하를 버림해서 185km/h로, 독일철도의 ICE 영업개시 이전의 장거리 특급용차량이었던 클래스 403으로 충분히 운용가능한 속도이기도 해요.
폴리포닉
월드에서는 1067mm 궤간이 1270mm(=50인치)로 대체되어 있는데, 이 경우 위의 사례를 원용하면 최고속도는 소수점
이하를 버림해서 152km/h. 이런 이유에서 폴리포닉 월드의 1270mm 재래선의 여객열차의 영업최고속도는 150km/h로
규정되어 있어요. 표준궤와는 직접 연결되지 않는 불편함이 있긴 하지만, 이 정도면 전동차나 기동차 등과 같은 여객열차로 가감속
성능을 높여서 110km/h 이상의 표정속도를 낼 수도 있고, 건설비 또한 표준궤의 90% 이내로 억제가능하면서 동일한
화물수송능력을 달성할 수 있어요. 어차피 표준궤나 그 이상의 궤간이라고 해서 컨테이너를 옆으로 2개 적재할 정도로 차폭이 넓지
않고, 게다가 궤간이 넓고 차량이 클수록 구조물 및 차량의 자중이 늘어나기에 이것도 운용에 난점이 생기니까요.
폴리포닉
월드에서 광궤, 즉 표준궤보다 넓은 궤간의 철도가 현실세계에서보다 많지 않은 이유도 여기에 있어요. 저렴한 건설비, 궤간이
좁더라도 적절히 확보되는 속도와 수송력, 전기 및 내연기관 동력으로의 전환이 빨라서 증기기관차에서의 광궤의 유리함이 없어진 점, 큰
차량의 큰 자중, 곡선주로에서의 큰 주행저항 등이 대표적.
같이 읽어보기 - 폴리포닉 월드의 동력기관 및 교통수단 규격지표(SiteOwner 작성, 공작창, 로그인 필요)
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2 댓글
마키
2018-09-17 21:31:43
그러고보니 우리나라에서 전동차의 궤간을 바꾸는 기술을 개발했다는 소식을 얼핏 듣긴 했네요.
그래서 이론적으로는 한국에서 러시아까지 철도로 간 후에 그대로 궤간만 바꿔서 시베리아 횡단철도까지 접속한다던가 하는 꿈과 낭만이 넘치는 상상도 들구요. 언젠가 그런 시절이 온다면 서울-모스크바 행 횡단철도 타고 느긋하게 시간을 흘려보내고 싶네요.
마드리갈
2018-09-18 19:00:28
마키님께서 말씀한 그것은 궤간가변차량(軌間可変車両)이라고 불러요. 이미 스페인에서는 실용화되어 1435mm 궤간과 1668mm 궤간을 상호직통할 수 있고, 국내에서는 2014년에 철도기술연구원이 개발했어요.
사실, 소련/러시아의 영향하에 있었던 국가에서는 5피트 궤간을 채택하는 경우가 많았다 보니, 러시아는 물론이고 서쪽으로는 핀란드, 우크라이나, 남쪽으로는 아프가니스탄까지 연결이 가능하죠. 폴란드에도 그 궤간의 395km 길이의 철도인 LHS가 있지만 이건 화물전용철도이고 여객영업을 하지 않는데다 소련 해체 이후에는 광물 수출마저 급감해서 운영난을 겪고 있지만요.
다음번에는 궤간가변차량, 차량한계 관련으로 글을 써 볼까 싶네요.