TGV의 최고속도 실험

출처:

https://en.m.wikipedia.org/wiki/TGV_world_speed_record#/media/File%3ACd41-0015g.png

위 그림의 열차들이 TGV들이 세운 신기록들이다.
 
1972년 12월 8일에 SNCF의 시험용 고속열차인 TGV 001이 318km/h라는 기록을 세웠다. TGV 001은 프랑스가 일본의 신칸센을 보고 자극을 받고 만들었다. 위의 그림에 서 볼 수 있듯이 맨 앞칸이 동력차인데 팬터그래프가 없다. 왜 그럴까? 우리는 고속열차는 전기로 돌리는 게 당연하다 생각하지만 놀랍게도 TGV 001은 4개의 가스터빈 엔진으로 구동한다. EADS( European Aeronautic Defence and Space Company, 유럽의 항공우주/방산 기업)의 전신 중 하나인 터보메카(지금은 샤프란)라는 회사의 헬기용 가스터빈 엔진을 개량해 5,040마력(3,760Kw) 짜리 TURMO IIIG라는 엔진으로 280km/h를 찍고, 5,900마력(4,400Kw) 짜리 TURMO X라는 엔진으로 시속 318km/h을 찍었다.
 

1차 최고속도 실험

TGV 100
1981년 2월 26일에 최초의 상업운행용 TGV차량인 TGV 쉬드-에스트 #16 열차를 이용해서 TGV 쉬드-에스트의 정식 운행 개시 전에 100m/s(360km/h)을 목표로 하는 TGV 100이라는 실험이 시작되었고 이것이 첫 번째 정식 TGV의 최고속도 실험이다. 380.4km/h를 기록하며 종료되었다.
 
1988년 12월 경에 TGV 쉬드-에스트 #117 열차로 408.7km/h를 찍었다는 비공식 기록이 있다.
 

2차 최고속도 실험

TGV117과 TGV140이라는 2개의 프로젝트를 했다.
2차 실험부터는 제대로 기록돌파를 위해 노력을 한다. 실험은 1차처럼 영업 개시 전에 이루어졌으며, 우리나라의 호남고속선처럼 건설 시작 때부터 초고속 주행 실험을 위한 구간을 마련했다. 실험은 LGV 아틀랑티크의 기점으로부터 114km 지점부터 시작한다. 우리나라는 익산역에 해무 430 같은 초고속 열차를 시험하기 위한 34km짜리 시험선이 있다. 어쨌든 따로 시험구간을 마련했기에 선로와 전차선에 별다른 조작을 하지는 않았다. 시험구간 중 166km 지점에 약 2.5%의 내리막을 포함하고 있어 속도 증가에 도움을 준다. 열차의 속도와 전차선의 진동수가 일치하면 진동이 증폭되어 그걸 막기 위해 장력이 조절되었다. 근데 전차선은 장력뿐 아니라 전차선의 중량에도 영향을 받기에 SNCF에서는 구리 전차선을 카드뮴으로 바꿀 생각을 했는데 뭐 워낙 돈이 비싸서... 전차선의 장력만 조절했다. 그리고
1989년 12월 5일에 TGV 아틀랑티크 #325 열차로 482.4km/h를 찍었다. 또, 아까 말했던 내리막 구간부터는 전철주에 센서를 부착해 전차선의 위치를 측정했으며, 전차선은 시뮬레이션 중에서는 1~2cm 정도가 들릴 것이라 예상했지만 1990년 5월 18일 실험에서 515.3km/h로 주행 중 측정한 결과 실제로는 최대 30cm이나 들렸다고 한다. 그 당시 전차선의 파동 진행 속도는 532km/h로 조금만 더 빨랐으면 진동이 훨씬 더 커져서 전차선이 끊어지던가 이탈되어 누전이 일어나는 등 큰 사고로 이어질 수 있었다.

TGV 117
TGV 아틀랑티크는 원래 동력차 2량 사이에 10대의 객차가 있어 총 12량이었지만, 객차 6량은 제거되어 전체 편성 중량은 490톤에서 300톤까지 가벼워졌다. TGV 아틀랑티크는 유체역학적으로 더 이상 손을 댈 곳이 없어서 팬터그래프를 1개만 빼고 다 떼어버리고 직류장치도 제거하고 객차 틈사이는 전부 고무막으로 씌워 공기저항을 줄였다. 전동기의 한계로 실험의 목표치만큼 고속으로 회전시킬 수 없었기에 대신 기어비를 조절하고 920mm의 차륜을 1050mm까지 키웠다. 5월 18일의 실험에서 전차선이 원위치에서 30cm나 벗어나는 것을 보고 팬터그래프도 개조를 했다. 그리고 첫 번째 객차는 검측실로, 각종 센서에서 수집한 정보를 처리하기 위한 장치들로 채워진 일종의 작은 실험실로 개조되었다. 1989년 12월 5일, 자력주행을 하지 못하는 TGV-아틀랑티크 #325 열차는 #308 열차에 의해 시험선까지 옮겨진 마침내 시속 482.5km/h를 찍었다.
 
TGV 140
TGV 117 실험을 마친 #325 열차는 다시 #308 열차에 의해 차량기지로 끌려온다. 또다시 개조를 당하는데 1050mm짜리 차륜이 1090mm짜리로 더 커졌다. 그러나 차륜이 더 커진 나머지 브레이크패드는 작아졌다. 그래서 비상제동을 2번 체결하고 나면은 브레이크패드를 못쓰는 상태까지 갔다. 그리고 이번엔 6번째 객차까지 빼서 전체 편성 중량은 300톤에서 250톤까지 줄었다. 그리고 이번에는 기관차와 객차 사이 연결기 부분에도 공기 차단벽이 설치되어 그 부분에서 난류가 발생하는 것도 막았고 후미 기관차의 선두부에 스포일러도 달았다. 덕분에 공기 저항력이 약 10% 줄었다. 1990년 2월 27일 #325 열차는 다시 시험선으로 옮겨졌다. 3월 5일부터 5월 18일까지 실험이 진행되었으나 첫 실험에서 주변압기의 오작동으로 많은 회로와 제어장치들이 파손되어 약 1달간 정비에 들어갔고 5월 4일에 복귀했다. 5월 9일에 506.5km/h와 510.6km/h로 500km/h의 벽을 돌파하였다. 하지만 팬터그래프와 전차선간의 접촉불량 문제가 생겨서 다음 실험이 지연 되었다. 문제가 해결된 이후 5월 18일 기자들을 태운 채 15분간 가속하여 내리막의 끝에서 515.3km/h를 달성했다.
 

3차 최고속도 실험

3차 최고속도 실험은 프로젝트 V150이라고도 불린다. 여기서 150은 150m/s라는 속도를 의미한다. 실험은 LGV 에스트 구간에서 진행되었으며 전차선의 전압도 25kV에서 31kV로 상향조절되었다. 전차선의 장력도 25kN에서 40kN으로 상향되었다.
 
V150
2007년의 실험에 쓰인 열차는 TGV POS #4402 열차로 원래 있던 객차를 제거하고 TGV 듀플렉스에서 쓰이는 2층객차 3량을 달아 동력차-객차-객차-객차-동력차와 같은 편성을 만들었고, 중간의 연접대차를 모두 AGV에서 쓰이는 동력대차로 바꿔 달아 동력분산식으로 만들어버렸다. 때문에 이 열차는 #325 열차보다 구동축을 4개나 더 가지고 있었으며, 전동기도 개발된 지 얼마 안 된 아직 시험 단계에 있던 영구자석 동기전동기(흔히 PMSM이라 부르는 그 전동기)를 탑재하여 출력은 일반적인 TGV POS열차의 9.3MW의 2배가 넘는 19.6MW(26,800마력)으로 상향 조절되었다. 이 실험에서는 경량 영구자석 동기전동기와 능동 제어 팬터그래프 등 새로운 장비들이 테스트되었다. 이번에도 TGV 140 시험 때처럼 기관차에는 에어가이드를 탑재하고, 팬터그래프를 전부 덮었으며 이번에도 역시 동력차 및 객차 사이를 모조리 고무막으로 막아 공기 저항을 원래 열차에 비해 15%가량 줄였다. 또한 이번에도 전동기의 회전수 한계를 극복하기 위해 기존의 920mm 차륜은 TGV 140 때보다 2mm 커진 1092mm짜리로 교체되었다. 열차에는 총 600여 개의 센서가 구석구석 탑재되어 많은 데이터를 수집하도록 했다.

2007년 1월 15일부터 4월 15일까지 3개월 동안 시험이 진행되었으며 #4402 열차는 총 70km의 구간에서 계속 가속하여 최종적으로 시속 574.8km로 주행하는 데 성공하였고, 이는 항공기와 열차에 미리 장착된 카메라를 통해 TV로 생중계되었다. 그리고 이 기록은 철도차량 중에서 철차륜이 달린 차량 중 가장 빠른 속력이라는 타이틀을 얻었다.