Hyperloop Pod

기존의 육상 교통수단은 누적으로 인한 도로 포화상태를 보여준다. 이는 교통체증 현상을 야기하며 탄소 배출 및 연료 낭비의 문제점이 발생한다. 

육상궤도를 이용하는 철도교통의 경우 전용 경로를 통해 이동하기에 위 내용에 해당하지 않지만, 철도와 바퀴의 점착력으로 인한 시간적 거리 대비의 비효율성 단점을 보여준다.

그래서 항공관련 교통수단의 이용자 수요가 증가하였지만, 항공기 또한 이착륙을 위한 넓은 부지를 필요하기에 도심 외각의 인프라에 대한 이용자의 접근성에 관한 문제점이 있다.

그리고 외부 환경의 영향력으로 인한 지연 문제와 증가하는 항공 수요를 대체할 새로운 교통수단이 요구되었다. 기존의 육상궤도를 이용하는 이동 수단에서 속도의 한계를 극복하고자 밀폐된 튜브의 이동경로를 공기가 거의 없는  아(亞) 진공의 환경으로 구성한다.

이후 캡슐의 개념을 가진 차량 포드(Pod)를 살짝 띄우고 주행함으로 공기저항과 마찰력을 최소화하여 속도의 제한을 해결한다.

또한, 하이퍼루프는 주요 도심 속에서 인프라 구축이 가능하기에 사용자의 접근성 확보를 통해 지역 불균형 문제를 해소할 수 있어 밀폐된 경로를 이용하기에 외부 환경의 영향을 받지 않으며,

전자제동, 제어 시스템을 이용하여 고속의 속도에서도 매끄러운 승하차 순환시스템을 가질 수 있어, 시간효율성과 안정성, 에너지 절약을 통한 경제성을 확보할 수 있다.

Tube Structure and Method

Air Compression

Magnetic Levitaion & Linear Motor

Suspend Type

초기에 하이퍼루프는 Elon Musk의 보고서 개념을 기반으로 에어 베어링 부상 방식의 연구 및 개발로 진행된다. 밀폐된 튜브의 이동 경로는 경제적인 이유로 0.001 기압정도 유지하게 된다. 따라서 미세한 공기가 존재하기에 포드가 고속으로 주행하게 되면

튜브와 포드 사이에 단면적 간격으로 인해 미세한 공기가 포드를 지나지 못한다. 이는 포드의 전두부에 공기가 압축되는 칸트로비츠 한계(Kamtrowitz limit)로 인해 만들어지는 쵸킹(Choking) 현상이 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 포드의 전단부에 공기를 유입하는 펜과 공기압축기를 이용하여 칸트로비츠 한계를 해결하고 압축된 공기는 노즐을 통해 포드 후미부에 분출시켜 추진, 하부의 에어베어링(air-bearing)을 통해 부상하는 방식으로 활용하는 방법이다.

하지만 공기를 압축하는 과정에서 펜과 압축기에 발생하는 높은 열이 발생하게 된다. 이를 해결하기 위해 냉각시스템을 포드 내부에 설치하게 되는데, 이는 펜과 압축기를 포함하여 포드의 무게를 증가시키며, 부상을 필요로 하는 에너지를 증가시킨다.

또한 열을 냉각시키는 과정에서 많은 양의 수증기 배출로 인해, 진공 상태를 유지해야 하는 튜브 내에서 위험을 초래할 수 있다. 최근에는 자석의 반발력을 이용한 자기부상 방식에서 칸트로비츠 한계를 극복한 공기역학적인 디자인들이 제시되고 있다.

현재 하이퍼루프의 고속 주행은 직선 유형의 지형에서 유리하지만 국내 유치를 목쵸로 할 경우, 산이 많은 국내 지형 특성상 곡선주행이 이뤄질 수 밖에 없다. DELFT 기업은 공기역학적인 디자인과 함께

HEMS (HYBRID ELECTROMAGNETIC SUSPENSION SYSTEM)를 이용한 상향식 부상방식을 개발하였다. 선로를 상단에 배치하여 고속의 주행에서도 원활한 곡선 주행을 가능하게 하며 상단에 무게중심점을 두기 대문에 안정성을 확보할 수 있다.

하이퍼루프 포드의 경로인 진공관은 지상 약 6미터 높이에 만들어 졌다. 하이퍼루프의 에너지는 튜브 위의 태양전자판을 통해 얻는다. 튜브 천장에는 자기장을 사용하여 다음을 수행할 수 있는 트랙이 있다.

이 트랙은 포드를 들어올린다. 또한 튜브의 진공상태 및 이물질 제거를 위해 각 구간마다 진공 펌프를 설치한다.

유체역학 시뮬레이션 Ansys Workbench (Fluent)

유체역학 시뮬레이션 프로그램을 통한 결과물에서 관측하여 Streamline, Vortex, Wake, Drag 등 발생하는 형상들을 Reynolds Number(매개변수)를 포착한다.

이를 바탕으로 디자인 모델링 또는 모델링에 대한 결과값을 확인하였으며, 현재 보델들은 이에 대한 결과값 또는 그 다음 연구로 이어지는 결과값들이며, 유체역학 프로그램은 형상을 관측하기 위한 수단으로 사용하였다.


Design

Hyperloop 1


Hyperloop 2


Hyperloop & Interior