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롤러코스터는 어떻게 언덕을 올라갈까? +α

크리갤로그로 이동합니다. 2020.10.25 10:00:04
조회 3607 추천 52 댓글 13


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기차는 대부분의 모갤러가 알다시피 기관차(또는 동력대차)에 의해 가속을 함.


롤러코스터도 레일을 통해 움직이는 열차이고, 일반 기차와 마찬가지로 동력을 공급받아야 움직일 수 있을 것임.

하지만 롤러코스터는 열차가 작고 급전에도 어려움이 있으며, 급경사를 올라가는 것이 유리하기 때문에 마땅한 추진 장치를 열차 내에 달기도 어려우며, 추진장치를 달 경우 열차의 무게도 급격하게 무거워져 운용 및 관리에도 어려움이 생김.


따라서 롤러코스터는 '대부분' 외부에서 동력을 공급받는 방식으로 움직임.(TMI 1)


File:Nitro lift hill.jpg


(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitro_lift_hill.jpg)

동력을 공급받는 방식은 대충 두가지로 나눌 수 있는데, 하나는 느린 속도로 고도를 얻는 방식(Lift hill). 흔히 과학책에서 롤러코스터가 나오는 두가지가 하나는 에너지보존이랑 하나는 원심력인데, 그 에너지보존을 사용하는 원리로, 높은 곳으로 이동하며 얻은 위치에너지를 운동에너지와 일부 마찰으로 바꾸어먹으며 달리는 방식임.

1280px-Atlantis_Adventure_%28Lotte_World%29_03.jpg

(https://coasterpedia.net/wiki/Atlantis_Adventure#/media/File:Atlantis_Adventure_(Lotte_World)_03.jpg)

나머지 하나는 속력를 바로 늘려버리는 급발진(Launch) 방식인데, 이것도 종류가 엄청 많음. 대충 경전철이나 자기부상열차에도 쓰이는 LIM/LSM 방식이 가장 보편적이고, 그런게 없을 시절 만들어진 무게추/플라이휠/타이어 방식이나 좀 복잡한 유압/압축공기 방식 등도 있음. 국내에서는 LSM 방식을 쓰는 꼴데월드의 아트란티스가 유명함. (TMI 2)


File:Maverick lifthill Cedar Point.jpg

(https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Maverick_lifthill_Cedar_Point.jpg)

물론 둘을 섞어먹지 말라는 방법은 없으니 경사로로 발진시켜서 속도와 고도를 한번에 얻는 롤러코스터도 있음.



8282871_orig.jpg

(https://dynamicsofamusementparks.weebly.com/uploads/1/0/7/9/10796081/8282871_orig.jpg)

리프트 힐은 대부분 체인리프트 형식임. 위 사진과 같은 체인을 모터를 이용해서 돌리고, 열차의 밑에 달린 고정장치가 저 체인의 홈에 끼이면 체인의 장력(즉 체인을 돌리는 힘)에 의해서 열차가 올라가는 방식임. 아주 기본적인 방식이고 정말 많은 롤러코스터에서 적용이 되는 방식임.


그런데 체인 리프트에는 움직이는 체인만 있는 것이 아님.


(https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Finsiders.dollywood.com%2F5-things-i-learned-from-the-top-of-thunderhead%2F&psig=AOvVaw2ZEwa9ggZrWhGuJBoFF5vt&ust=1603634459865000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqGAoTCOi26YuyzewCFQAAAAAdAAAAABDFAQ)

Sawtoothed features of the anti-rollback mechanism on a roller coaster chain lift

(https://www.coastergallery.com/1999/Griffon_12.html)

위 사진들을 보면 중앙의 체인 양옆에 톱니 형태의 구조물이 설치되어 있는 것을 볼 수 가 있는데, Anti Rollback Device, 한국말로 하면 대충 후진방지장치 쯤으로 해석할 수 있을듯. 체인이 고장나거나, 혹은 롤러코스터가 정지해야 할 때(TMI 3,4) 중력에 의해 뒤로 굴러내러가지 않도록 하는 장치임.


1280px-Antirollback.svg.png

(https://en.wikipedia.org/wiki/Lift_hill#/media/File:Antirollback.svg)

롤러코스터 리프트에서 따르르륵 소리가 나는 원인이 이것이7기도 한데, 차에 설치된 파란색 장치는 문에 달린 장치랑 비슷하게 올라가는 방향으로 움직이면 자유롭게 접히고, 턱을 지나면 다시 펴지게 되어있음. 케이블타이랑 거의 같은 메커니즘으로, 열차가 밑으로 움직이려 하면 턱에 걸려서 움직이지 못하게 됨. 케이블타이 조일때도 드드득 소리 나듯이 롤러코스터도 리프트를 오르면서 파란 장치가 톱니에 계속 부딫히게 되고 이에 따라 따르르륵 소리가 나게 되는 것임. (롤러코스터가 '치상궤도'라고 분류가 된다면 아마 이 Anti Rollback Device의 트랙부분 톱니를 보고 분류한게 아닌가 싶음) (TMI 5)



그리고 앞에 롤러코스터가 강삭철도이냐 아니냐로 말이 나왔었는데, 강삭철도와 거의 유사한 방식을 사용하는 롤러코스터도 있음.

It may not be the best coaster anymore. But it's lift hill is still the  most exhilarating. Any others like it? : rollercoasters

(https://www.reddit.com/r/rollercoasters/comments/4rj9z0/it_may_not_be_the_best_coaster_anymore_but_its/)

위 사진을 보면 중간에 흰색 무언가가 있는데, 롤러코스터가 흰색 캐치 카에 물려서 올라가는 중인 사진임. 저 흰색 캐치 카는 케이블에 의해 위로 당겨지고 있음. 즉, 이 방식은 케이블을 이용하기 때문에 강삭철도와 거의 같은 방식이라고 생각할 수 있음(TMI 6). 참고로 T 익스프레스도 이거랑 거의 똑같은 리프트 방식을 사용함. 

https://youtu.be/o4mErtEtL5g






TMI 1) 롤러코스터 자체에 동력장치가 있는 경우도 있는데, 이 경우는 대부분 크기가 작은 어린이용 코스터들임. 아주 희귀한 경우로 롤러코스터인데 내연기관을 사용하는 경우가 있음.


TMI 2) LIM 방식은 철도교통에 사용되는 방식과 약간 다르게, 열차쪽에 금속판이 설치되어 있고 열차 밖 레일에서 자기장을 주어 움직이게 됨. LSM의 경우는 열차에 영구자석이 설치되어 있음. 캐치카/플라이휠/압축공기/유압 방식은 케이블 리프트와 거의 비슷하게 캐치카가 있고, 이를 각각의 동력원을 이용해 빠른 속도로 당겨서 가속하는 원리임.


TMI 3) 롤러코스터도 철도와 같이 폐색이 존재해서, 앞의 폐색에 다른 차량이 점유한다면 뒤의 차량이 그 폐색으로 들어가지 못하게 해야 함. 이 떄문에 한 폐색의 끝에는 열차를 완전히 멈출 수 있는 장치가 필요하고, 따라서 일부 롤러코스터를 보면 중간중간에 브레이크가 설치되어 있음. 리프트 힐에서도 열차가 멈출 수 있기 때문에 하나의 폐색으로 간주됨. 

https://youtu.be/gDS_ht-0b5M


TMI 4) 동력장치도 없는 열차이7기 때문에 제동도 열차 밖 장치를 이용해야 함. TMI 2에 말한 것과 같이 롤러코스터 차량은 하부나 측면에 금속판 내지는 자석 판이 있는데, 자동차의 제동과 마찬가지로 이 판을 양쪽에서 눌러 제동하거나, 혹은 유도전류의 성질을 이용한 전자기 브레이크를 사용함. 전자기 브레이크는 대충 발전제동같은 느낌이라고 생각하면 됨. 영구자석을 이용하기 때문에 오작동하지는 못하지만, 롤러코스터를 완전히 정지시키지 못함.


TMI 5) Gerstlauer 사의 Infinity coaster 모델은 특이하게 Anti Rollback Device가 좀 다른 방식인데, 수직 체인리프트를 시용하기 때문에 열차가 중간에 걸리면 골때린다고 판단했는지, TMI3에 서술된 전자기 브레이크를 Anti Rollback Device 대신 사용함. 이 방식을 쓰면 열차가 리프트 중간에 멈추지 않고, 브레이크에 의해 천천히 제동되면서 리프트 힐의 시작점으로 미끄러져 내려옴.


TMI 6) 사진을 잘 보면 Anti Rollback Device가 케이블 양쪽에 설치되어 있는 것을 볼 수 있는데, 조금 더 발전되어 평소의 빠른 속도로 올라가는 경우는 자기력에 의해 열차에 설치된 '파란 장치'가 떠있는 상태를 유지하여 조용하지만 멈춰야 할 때(속력이 느릴 때)는 파란 장치가 떨어질 충분한 시간이 되어서 멈출 수 있음.

https://youtu.be/ElzChJhp2N8 - 케이블 리프트가 오작동하여 Anti Rollback Device가 동작한 영상, 케이블 리프트 임에도 불구하고 땅땅땅 하는 시끄러운 소리를 들을 수 있음.




출처: 모노레일 갤러리 [원본 보기]

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