틸팅열차란 선로의 곡선부를 철도차량이 통과할 때 통과속도를 향상시켜 주기 위한 기술이 적용된, “틸팅”이라는 동작을 수행하는 열차를 말합니다. 틸팅(tilting)이란 기울어지는(tilt) 것을 말하는 것으로, 틸팅열차는 곡선부를 주행할 때 원심력을 줄이기 위해서 열차를 곡선부 안쪽으로 약간 기울입니다. 이는 마치 스케이팅 선수가 트랙을 돌때 넘어지지 않기 위해 몸을 안쪽으로 기울이는 것과 같습니다. 이렇게 함으로써 승객의 승차감을 대폭 향상시킬 수 있으며, 속도 향상의 효과도 얻을 수 있습니다. 철도 선로의 프로파일은 지오메트릭구조상 직선부와 곡선부로 크게나뉘어 질 수 있는데, 예를 들어 직선부에서 300Km/h로 달릴 수 있는 성능을 가진 차량이라도 곡선부에서는 곡선선로의 상태에 따라 150Km/h이하로 밖에 못 달릴 수도 있습니다. 이러한 속도저하를 줄이기 위한 가장 확실한 방법은 전체 선로를 직선으로만 구성하는 것이겠지만 현실적으로 불가능합니다. ^^

철도의 곡선선로는 곡선반경(R)과 캔트 그리고 슬랙으로 상태를 표시합니다. 이것들은 직선선로에는 필요하지 않은 요소들입니다.

이 중 곡선반경은 “R”으로 표시하는데 이는 곡선커브를 포함하여 가상의 원을 그릴 때 그 원의 반지름 값을 의미합니다. 즉 곡선반경이 작을수록 커브도 급해지며, 그만큼 열차의 통과속도는 제한받을 수밖에 없습니다. 대략 고속철도에서 곡선반경은 R=7000m이상 입니다. 그러나 우리나라의 기존선에서는 R=1800m이상 이면 직선선로로 봅니다. 또한 기존선에서는 R=500m이하인 구간도 상당히 많이 있습니다.

캔트(Cant)는 곡선부에서 열차의 통과 시 원심력의 작용에 의한 열차바퀴의 탈선을 방지하기 위해 내궤(內軌)보다 외궤(外軌)를 일정량만큼 높게 설정한 값을 의미합니다. 곡선반경, 선로의 등급, 차량의 속도 등에 따라 캔트 설정값이 달라집니다.

특히 곡선반경과 캔트는 우리가 자동차를 운전하는 도로의 경우에도 같은 원리로 적용됩니다. 도로의 커브는 원만한 것이 회전축의 내부보다 외부 도로면의 경사가 높은 것이 주행속도에 유리하지요, 사이클 경주장인 벨로드리움의 경우도 마찬가지이고요. 즉, 열차는 곡선부의 구조에 따라 통과 시 곡선부 내측으로 일정한 양만큼 차체가 기울어지게 되어 무게중심이 변화되며 불안정한 상태가 되지요 따라서 직선부에 비해서 곡선부의 차량속도는 제한받을 수밖에 없습니다.

철도구간을 전부 직선구간으로만 건설한다면 이런 골치 아픈 일이 없겠지만 지형상, 건설코스트상 직선으로만 이루어진 철도선로는 불가능하지요. 이러한 조건하에서 곡선부에서도 열차속도를 직선부에 비슷하게 높일 수 있는 기술적인 방법의 모색 끝에 차량의 대차기술에 적용한 것이 틸팅이라는 것입니다. 틸팅은 차량이 곡선부에 진입시 안쪽으로 차체가 기울어지지 않도록 대차의 내측에 설치된 댐핑장치에 의하여 차체를 상부로 밀어올려주어 차체가 기울어지지 않게 하는 것입니다.

차체 회전운동을 안내하는 틸팅 메카니즘은 크게 자연틸팅 방식과 강제틸팅 방식 두 가지로 나뉩니다. 자연틸팅 방식은 특별한 제어장치 없이 원심력과 중력 등 자연력을 이용해 열차를 기울이는 방식으로, 구조와 원리가 간단하여 초창기에 많이 시도되었던 방식입니다. 이에 반해 강제틸팅 방식은 자이로스코프나 가속도센서를 통해 곡선 진입을 감지. 컴퓨터로 제어되는 유압실린더 등으로 외력을 가해 차체를 강제로 기울입니다. 강제틸팅 방식은 자연틸팅 방식에 비해 복잡하고 제어가 어려운 반면, 곡선 통과속도를 더 높일 수 있으므로 최근 틸팅열차들의 주류를 이루고 있습니다.

이러한 틸팅철도차량기술이 발달된 나라는 스웨덴, 핀란드, 이탈리아, 스페인 등입니다. 즉 지형적으로 굴곡과 산악지대. 혹은 리아스식 해안을 가진 나라들임을 알 수 있는데, 이런 나라들에서 틸팅기술은 고속의 신선을 건설하지 않고도 기존철도의 속도를 향샹하는 데 있어서 가장 경제적이고 효과적인 수단이 될 수 있습니다.

출처 - 네이버 지식 IN