기차는 어떻게 만들까?

일본의 신칸센 초고속열차

 
우리는 알고 있습니다. 기차는 철도를 달리는 대형 운송 수단을 일컫어 부르는 것이죠.
기차는 본래, 증기 기관차의 줄임말 이랍니다!
오늘날에는 증기기관이 적용되지 않더라도 철로 위를 이동하는 철도 차량을 통틀어서
기차라고 부르고 있지요.
 

 

그런데, 알고 계신가요?

 
 
오늘날의 기차는 더이상 증기로 움직이지 않는 경우가 많기에, 엄밀히 따져보자면 틀린 표현이라고 할 수도 있습니다.
여러 차량이 연결되었기 때문에, 열차라는 표현이 더욱 적합하다고 할 수 있겠습니다.
하지만, 오늘 이 글에서는 굳이 이런점은 따지지 않고 작성하도록 할 예정이니 
폭넓은 이해 부탁드립니다^^
 
이 기차란 것은 증기기관 시대부터 시작된 혁신적인 교통수단인데요,
현재까지도 물류와 여객의 핵심 역할을 튼튼하게 자리매김 해주고 있습니다.
 
오늘날에는 과학기술이 점차 발전해 나감에 따라서 고속철도의 개발과 상용화도 성공했으며, 그것을 훨씬 뛰어넘어서
초고속열차, 자기부상 열차까지 개발되고 있습니다.
 
기차는 대규모 인원 및 화물 운송에 이용하기 알맞은데요. 비교적 가장 환경친화적인 이동수단으로도 평가될 수 있습니다.
현대시대의 기차는 안전성, 편리성, 그리고 고효율성을 가장 중요한 목표로 설정 후, 설계됩니다.
기차를 만드는 방법은 아주 정교한 설계와 디자인, 생산에 필요한 재료, 그리고 첨단화된 기술들이 완벽한 조화를 이루는 매우 복잡한 과정이 필요하답니다.
 
그렇다면 도대체 이런 엄청난 크기와 복잡하게 이루어진 기차를 어떻게 만들어내는 것일까요?
오늘은 기차의 종류, 제작에 필요한 재료, 생산 공정, 그리고 재료 가공 과정 등을 알아보겠습니다.
 
 

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1. 기차의 종류는 어떤 것이 있을까요?

 

 
기차도 사용 목적에 따라서, 여러가지 유형이 있는데요
대표적으로 아래와 같이 세가지 분류로 크게 나누어집니다.
 
 
 

 
<여객용 열차>

도시 또는, 넓은 범위에서는 국가 사이 까지도 사람들을 이동시키는 기차입니다. 우리가 흔히 이용하는 기차들이 이에
속하는데요, 고속열차, 지하철, 일반 여객용 열차 등이 포함됩니다.
현재는 시속 200km 이상은 거뜬히 달리는 초고속 열차들도 속속히 개발되고 있는데요,
이러한 초고속 열차들은 독특하게 생긴 유선형 디자인과 초경량 재료가 사용되는 것이 또 다른 특징입니다.
 
 

 
<화물 운반용 열차>

대형 화물, 광물, 원자재 등을 운송하는 목적으로 사용되는 열차를 일컫습니다.
석탄 운반차, 컨테이너 열차, 유류 수송열차 등이 이에 해당합니다.
 
 

 
<특수 열차>

군사 운송목적, 관광 목적, 구조 목적 등 특수 임무를 수행하기 위해 설계되거나 제조된 기차를 포함할 수 있습니다.
 
 

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2. 기차 제작에 필요한 재료는 무엇이 있나요?

 

(참고용 자료 - 현대 로뎀이 제공한 철도차량의 원재료 비율)

 
 
사실, 일일이 나열하자면 너무 많습니다! 왜냐하면 위에서도 말씀드렸다시피,
정말 수많은 부품들이 정교하게 결합되어 거대한 기차의 전체를 이루게 되는 것이니 말이죠.
그렇기 때문에 대표적으로 가장 많이 사용되는 재료들을 소개해 볼까 합니다.
 
기차는 고속으로 빠르게 달리기 때문에, 제작에 있어서는 고강도와 내구성을 갖춘 재료가 필수적으로 필요합니다.
 

<강철>
 
차체와 프레임을 만드는 데 사용. 강력한 구조적 안정성을 제공합니다.
강철은 현대의 기차에는 사용되는 양이 많이 줄어들었다고 할 수 있습니다.
외관상 거의 보이지 않는 경우도 많지요. 이는 고속열차의 효율성을 높이기 위해 경량화를 진행하였기 때문입니다.
우리 주변에 있는 자동차와도 마찬가지인 셈이죠.
 

<알루미늄>
 
경량화된 고속열차에 사용. 부식 저항성이 뛰어나며 연료 효율성 또한 높여줍니다.
알루미늄은 강철의 사용량이 줄어들며, 반대로 사용량이 늘어난 주 재료인데요
기차뿐만 아니라, 정말 많은 분야에서도 사용되고 있답니다.
아주 가볍고, 내구성이 좋으며, 부식이 잘 되지 않는 특성을 가지고 있지요.
 

<구리>
 
전기 시스템의 전도체로 사용. 전기의 핵심 재료라고 할 수 있습니다.
전기시스템에는 필수적으로 이용되는 것이 바로 구리이지요.
이 부분은 딱히 설명드리지 않아도 잘 아실 거라고 생각합니다.
보통 전선 같은 곳에도 정말 많이 사용되고 있는 재료이기 때문입니다.
 

<유리섬유 및 복합소재>
 
차체 패널 및 내부 장식에 사용합니다.
유리섬유(Fiber glass)는 유리의 수많은 극세 섬유로 이루어진 물질인데요,
쉽게 설명하자면 유리를 실처럼 가늘고 길게 뽑은 물질이라고 할 수 있겠습니다.
이 유리섬유란 것은, 단열성이 뛰어나고 녹슬지 않는 특성을 가진 데다가, 가공이 매우 쉽기 때문에
여러 분야에서 정말 많이 사용되고 있답니다!
 

<플라스틱 및 고무>
 
창문, 좌석, 케이블 보호용으로 활용되기도 하는 재료입니다.
이 재료는 외부보다는, 내부에 주로 사용이 된다고 봐야 하겠습니다.
굳이 보호목적이 아니더라도 사용될 수 있는 범위가 아주 넓은 것이 특징인 물질입니다.
 
 

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3. 그럼 이제 기차 제작이 어떻게 이루어지는지 알려주세요!

 
 
가장 궁금해하셨던 부분을 드디어 소개해 드릴 수 있겠군요.
 
기차 제작 공정에서는 고도의 기술력과 해당 기술을 숙지하고 있는 많은 기술자들이 대거 투입된답니다.
과정은 크게 여섯 단계로 나누어 볼 수 있는데요,
아래와 같습니다.
 
 

(1) 설계 및 시뮬레이션 과정

 
기차의 제작에 앞서, 용도와 종류에 따라 설계도부터 완전히 다르게 작성됩니다.
보통은 CAD 소프트웨어로 3D 모델링을 진행하며, 열차의 공기역학적 성능과 주행 또는 충돌 시 안정성 등
셀 수 없이 많은 항목들을 검토하고 적용합니다.
 

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(2) 재료 가공 및 수급

<1- 강철 가공>
프레임용 강철은 고온 압연 과정을 거쳐 원하는 두께와 형태로 가공됩니다.
이후에 운반 및 조립을 용이하게 하기 위하여 일정한 길이로 절단하게 된답니다.
 

<2- 알루미늄 성형>
고속열차의 경량화 및 디자인을 위해 알루미늄 판을 다양한 형태로 성형합니다.
특히 프레스 기계를 통해 차체의 유선형 디자인을 제작하기도 한답니다.
 

<3- 전기 시스템 조립>
구리 와이어를 가공하여 전동기와 연결하고, 배터리 및 전원 장치와 통합합니다.
뛰어난 전도성을 유지하기 위해 아주 정밀하고 조심스럽게 작업됩니다.
 

<4- 복합소재 가공>
유리섬유와 플라스틱은 차체 내부 패널과 좌석 제작에 사용됩니다.
금형을 통해 다양한 형태로 성형되며, 차체 전체 무게를 줄이기 위한 경량화를 중요한 요소로 합니다.
 

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(3) 차체 프레임 제작

 
설계가 정상적으로 이루어졌다면, 실제 제작을 시작합니다.
강철과 알루미늄으로 차체 프레임을 용접 또는 제련하여 조립합니다.
특히, 고속열차의 경우 프레임을 가볍게 하고, 공기역학적 디자인을 적용하여 만듭니다.
 
조립이 끝난 차체는 도장 공정을 거칩니다.
색상을 도장하게 되는 과정은 방청 기능을 뛰어나게 해 주며, 미적인 외관 또한 제공한다고 합니다.

 

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(4) 내부 시스템 설치

 
각종 전기 회로, 통신 장비, 엔진, 냉·난방 시스템 등을 설치합니다.
이때, 승객의 편의성을 위한 다양한 시스템도 설치가 진행됩니다.
예를 들면 충전포트, 터치스크린, 좌석 조절 장치 등이 있습니다.
 
디젤 기차는 디젤 엔진과 변속기를 포함한 구동계를 설치시키며,
전기 기차는 팬터그래프와 전동기가 연동된 구동계를 장착시킵니다.

 

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(5) 차량 조립

 
외부 차체 패널을 프레임에 부착한 뒤에, 순차적으로 창문, 출입문, 좌석 등을 조립합니다.
특수기차 또는, 고급 등급의 기차는 이 과정에서 내부 디자인에도 정말 많은 공을 들이는 과정입니다.

 

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(6) 테스트 및 품질 관리

 
조립이 완료된 기차는 이제 정상적인 운용이 가능한지 테스트를 진행하여야 합니다.
이 과정에서 각종 주행 테스트, 내구성 실험, 전기 시스템 검사, 안정성 검사 등을 거쳐 최종적인 부분들을 확인합니다.
 
이 과정에서 기차의 사용 여부가 판가름 날 수도 있기에, 제 생각에는 가장 중요한 단계라고 할 수 있겠습니다.
 
 

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기차 제작 과정은 이처럼 수많은 기술적 과제를 동반합니다.
에너지 효율을 높이고, 환경오염을 줄이며, 승객의 안전과 편의성을 동시에 확보해야만 합니다.
지금도 전문가 들은 기차에 인공지능, IoT, 자율주행 기술 등을 도입하여 미래형 교통수단으로 진화시키고 있습니다.
 

아마도 먼 미래에는 하늘을 날아다니는 기차나, 순간이동 되는 워프형 기차 같은 것도 등장하지 않을까요?

과학력이란 정말 흥미진진한 요소가 아닐 수 없습니다.
 

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오늘은 기차를 어떻게 만드는지에 대해서 알아보았습니다!
많은 도움이 되셨나요?

아래 링크로 이동하시면
다양한 주제의 시청각 영상도 마련 되어 있습니다.

★어떻게 만들까? 유튜브 보러가기 - https://www.youtube.com/@어떻게만들까

어떻게 만들까?

★어떻게 만들까? 틱톡영상 보러가기 - https://www.tiktok.com/@how.to.makes

TikTok의 어떻게 만들까?

 
다음번에도 흥미로운 주제로 찾아뵙겠습니다.
방문해 주셔서 감사드립니다^^