직류-급행특급 [특급형] 381계(특급 쿠로시오, 야쿠모) - 국철, JR동해, JR서일본

[787-ARIAKE]

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1. 세계 최초의 상용 틸팅열차.

 곡선에서의 감속을 최소화 하여 열차의 속력을 높이는 틸팅(Tilting) 기술은 1940년대 유럽에서부터 연구가 시작되었고 1975년 산악철도가 많은 이탈리아의 피아트사가 개발한 유압실린더를 사용한 강제 틸팅방식의 "펜돌리노"(ETR401)을 그 시초로 보고 있다. 한편 이탈리아만큼 산악철도가 곳곳에 자리잡은 일본도 틸팅열차에 대한 연구가 1960년대부터 시작되었다. 그 대상은 오다큐 전철로서 대차의 명가 스미토모금속과 공동으로 에어스프링의 압력만으로 차체를 살짝 기울이는 차체경사제어로 틸팅열차에 대한 연구가 본격화 되었다. 이에 국철도 자극을 받아 1968년 자연진자식 대차를 채용한 화차를 이용해 여러가지 연구를 진행한 다음 1972년 기술시험차량인 591계와 키하 391계를 제작했다. 

 591계는 알루미늄 차체, 연접대차, 사이리스터 위상제어를 채용했고 키하 391계는 1050마력, 1200마력의 가스터빈엔진을 채용해 각각 오우본선과 산인본선 등지에서 시험운행을 거쳤다. 그 결과를 통해 자연진자식 틸팅대차를 채용한 381계 전동차가 1973년 양산되어 세계 최초로 영업운행을 시작했다. 

2. 가장 단순하며 기초적인 틸팅방식.

 세계 최초의 틸팅열차인 381계는 별도의 전자장치등이 없는 자연진자식을 채용했다. 틸팅이 작용되는 부위에 롤러를 두고 차체를 곡선을 돌 때 발생하는 원심력을 이용 차체를 살짝 굴리듯 기울이는 단순하면서도 획기적인 틸팅 방식이기도 했다. 기울때의 틸팅각을 유지하고 차체 흔들림을 최소화 하기 위해 차체와 대차를 바깥쪽으로 연결하는 링크장치를 두어 승차감을 유지해 약 5도정도의 틸팅각을 만들어 냈다. 따라서 70km/h의 제한속도를 받는 400R의 곡선에서 20km/h 정도 높게 제한속도를 받을 수 있어 곡선을 더 빠르게 통과할 수 있게 되었다. 틸팅장치로 인해 대차의 축간거리가 2300mm까지 늘어났기 때문에 직선에서 탁월한 고속성능을 발휘해 1985년 11월 26일 코세이선에서 일본 기존선 최고속도인 179.5km/h를 기록하기도 했다. 차체의 무게중심이 왔다갔다 하고 급격한 커브에서는 전복될 가능성이 있기 때문에 차체의 무게중심을 최대한 낮추고 50km/h이하에서는 틸팅장치가 동작하지 않도록 했다. 

 자연진자식 틸팅장치는 전자장치가 필요없는 단순한 구조가 장점이었지만 곡선을 돌 때의 원심력만으로 차체를 기울이는것이 단점이었다. 곡선에 진입했을 때 원심력의 힘이 부족하면 원하는 만큼의 틸팅각이 나오지 않거나 늦게 돌아가는 현상, 곡선이 끝난 다음에도 차체 틸팅의 복귀가 늦어지는 현상등으로 승차감이 많이 떨어지는 부분이 문제가 되었다. 

- 381계의 틸팅대차. 차체-대차를 연결하는 볼스터 부분의 에어스프링이 감춰진 것처럼 보이지만 실제로는 안쪽에 있다. 이런 구조는 틸팅대차의 기본적인 경향이다.

3. 틸팅 능력을 최대한 살리는 경량 차체와 달리기 성능

 381계는 틸팅 열차에 알맞게 주행성능 확보에도 노력했다. 차체는 틸팅 작용시 차체의 움직임이 원활하도록 알루미늄 차체로 경량화했고 차체 형상 또한 아래가 약간 더 볼록한 구조를 택했다. 주행성능은 기존과 같은 저항제어를 사용하나 고속성능 확보를 위해 기존 전동기보다 회전수가 높고 경량화된 견인전동기를 채택하고 MT비를 2:1로 하여 120km/h까지 낼 수 있었다. 기본적으로 선두부는 485계와 같은 고상형 "밥통"으로 되어있었다.

4. 흔들림으로 고생이 많았던 시절.

 381계는 기존 485계나 183계와 같은 실내 구조를 채택했다. 그린샤는 프리스톱식의 리클라이닝 시트, 보통차는 일반적인 간이형 리클라이닝 시트로 되어있으며 대신 데크 출입문이 신간선에서나 쓰던 자동문을 사용한다던가 창문 햇빛가리개가 베네치안 블라인드로 되어있는 소소한 개량점이 특징이었다. 차체 무게중심을 최대한 낮췄기 때문에 냉방장치도 하부에 설치했으며 냉기를 상부로 올리기 위한 덕트가 실내 중간 부분에 설치되어 있다.

 자연진자식 틸팅의 특성상 차체의 흔들림이 매우 심했고 심한경우 열차멀미를 호소하는 승객이 많았기 때문에 열차 차장은 구급약품에 멀미약을 항상 보유하고 있었으며 데크 화장실이나 세면대에 구토봉투를 마련하는 등 많은 불편함이 화자되기도 했으며 이 때문에 직선구간이 많은(한와선 구간이나 산인본선 고가화 구간 등)구간에선 틸팅장치를 차단하고 고정상태로 운행하는 한편 센서등을 사용해 곡선구간을 감지하고 미리 차체를 기울일 수 있도록 준비하는 정도의 개량이 이루어 졌다.

- 381계의 실내. 기본적으로 485계와 비슷하다.

- 잘 보면 냉방용 덕트가 보인다. 하부에 냉방장치를 두어야 할 경우 우리나라나 유럽같으면 창문 틀 쪽에 토출구를 두었을 것이다. 하지만 그럴경우 냉방 효율이 떨어지기 때문에 이렇게 억지로 덕트를 설치해 위로 올렸다. 국철 시절에는 381계만이 이랬고 민영화 이후에는 하부냉방을 하더라도 이렇게 덕트를 설치할 필요 없이 창문 사이사이의 공간만으로도 냉기를 충분히 올릴 수 있게 되었다. 

- 블라인드는 이렇게 내린다. 

5. 특급 "시나노"를 대표했던 JR동해의 381계.

 381계가 운행되기 전인 1970년대 초반에는 츄오본선 나고야 지역 노선의 전철화가 되어있지 않았기 때문에 키하80계나 키하181계가 운행되고 있었다. 1973년 7월 나고야-시오지리 전구간 전철화가 완공되면서 381계가 본격적으로 투입되어 소요시간을 크게 단축시키는 한편 한개 열차를 오사카까지 연장시켜 운행할 수 있게 되었다. 처음에는 9량 9개 편성과 7량 1개편성으로 하여 총 88량이 운용되었는데 민영화 후 바로 단편성화 개조되어 6량 14개편성과 4량 1개편성으로 쪼개진다. 이때 3개 편성 열차의 그린샤를 넓은 전망창을 갖춘 파노라마형 차량으로 개조했고 하루 13왕복으로 증편하여 츄오본선 나고야지역 플래그쉽 열차로 활약하는가 했으나 1994년 더 뛰어난 틸팅능력을 갖춘 383계 "와이드뷰" 차량의 등장으로 1996년부터 임시열차로 전환되었다. 1998년 나가노 동계 올림픽이 있었기 때문에 이를 위한 임시 수송용 열차로서 반짝 활약한 다음 대규모로 퇴역해 2001년까지 2개 편성만이 남았고 2008년 모두 퇴역했다. 파노라마 선두부와 381계 1호차(쿠하 381-1)가 나고야 리니어철도관에 전시되어 있다. 

- JR동해의 381계는 모두 퇴역했고 리니어철도관에 두량이 전시되어 있다. 사진과 같이 381계도 일부 차량에는 관통문 사용이 가능했다. 

- 조금 우스꽝 스러운 느낌의 381계 선두부. 중간 부분에 출입문을 두고 앞쪽 부분은 창문을 넓게 넓혀 일본 3대차창의 관람을 최대한 용이하게 했다. 

6. 2020년대까지 끈질긴 모습을 보인 서일본의 381계

 서일본 지역의 381계는 크게 특급 "야쿠모"로 운행되는 이즈모 지역과 특급 "쿠로시오"로 운용되는 와카야마 지역으로 나뉜다. 쿠로시오로 운용되는 381계는 76년부터 78년까지 모두 90량이 도입되었다. 마찬가지로 9량 편성 10개 편성으로 되어 키세이본선이 신구까지 전철화가 완료된 1978년부터 운행을 시작했고 1980년 급행 "키노쿠니"를 통합하면서 6량 3개편성 18량이 추가로 투입되었다. 민영화 후 마찬가지로 단편성으로 재조정되었는데 6량의 본편성과 3량의 부속편성으로 나눠 최대 9량으로 운용이 가능하도록 했고 마찬가지로 그린샤 부분을 파노라마 선두차로 개조했다. 파노라마 선두차를 갖춘 차량은 따로 "슈퍼 쿠로시오"의 이름을 붙여 운행했는데 이때 보통차의 시트피치와 리클라이닝 각도등이 개선되는 등 거주성이 개선되었고 2000년대 초반부터 JR서일본이 자랑하는 대대적인 리뉴얼이 시작되어 시트폭과 피치개선, 그린샤는 0계 "웨스트 히카리"의 그린샤에서 떼온 시트를 붙여 2+1시트로 개선하는 한편 도색도 283계와 같은 오션색으로 변경했다. 이들은 2015년까지 운용되다가 신예 287계와 683계의 교류전원부를 떼버린 289계 전동차 등에 대체되어 은퇴했으며 일부는 오카야마로 넘어갔다.

 하쿠비선의 381계는 마찬가지로 하쿠비선의 전철화가 완료된 1982년부터 9량 9개편성 총 81량이 도입되었다. 이때는 국철이 정말 재정적으로 좋지 않았기 때문에 죠에츠신간선 개통으로 남는 183계를 가져와 투입할까도 했지만 죠에츠신간선 개통이 다소 늦어지고 지방자치단체의 지원을 받아 381계를 새로 제작해 투입하는 쪽으로 방향을 돌리게 되었다. 이 지역의 381계도 민영화 후 마찬가지로 단편성으로 개조되었으며 일부는 1994년 "슈퍼 야쿠모" 타입으로 개조되었다가 2006년부터 쿠로시오 차량과 똑같은 전면 리뉴얼을 거쳐 "윳타리 야쿠모"로 개조되어 2022년까지 운용될 예정이다. 

 한편 2011년부터 287계의 투입 등으로 차량이 남기 시작하면서 후쿠치야마 지역의 183계 일부를 퇴역시키고 쿠로시오로 운용되던 381계 국철색 일부 차량을 후쿠치야마로 돌려 투입했다. 이들은 6~4량 편성으로 운행되었으며 2017년까지 운용되다가 287계에 대체되어 퇴역했다. 

- 381계 "쿠로시오"의 오션색 차체. 

- 381계 서일본 차량도 485계 "뇌조"형 타입과 같은 파노라마 선두차로 개조했다. 

- 381계 "슈퍼 야쿠모" 타입. 마찬가지로 관통형 선두부. 

- 381계 야쿠모 "윳타리 야쿠모" 버젼 도색이다.

- 리뉴얼된 381계. 틸팅시의 무게중심을 감안해 2+1의 시트구조를 반반씩 엇갈리게 하여 맞추었다. 

- 슈퍼 쿠로시오 시절의 차량은 0계 "웨스트 히카리" 차량의 시트를 달았다. 

- 후쿠치야마 지역에서 운용중인 381계 보통차. 잘 보면 덕트 설치부분의 시트가 없다. 시트피치와 폭을 넓히자니 공간이 안되어 부득이하게 저 부분의 시트만 제거했다. 

7. 틸팅열차의 흥망성쇄

 381계는 세계적으로도 처음이자 마지막으로 자연진자식 틸팅장치를 채용한 틸팅열차로서 일본철도의 차량 기술 개발역사에 또 한 획을 그었다. 유럽의 경우 센서등으로 곡선을 파악해 유압장치등으로 기울이는 강제틸팅방식을 애용했고 속도도 200km/h급의 준고속 내지 고속성능을 보유했기 때문에 일본의 틸팅 차량과는 계통을 달리하고 있다. 국철의 민영화 이후에는 자연진자식 틸팅장치의 단점을 극복하기 위해 미리 선로정보를 입력받고 틸팅기구에 유압댐퍼를 추가해 틸팅작용을 빠르고 원활하게 하는 제어부 자연진자식 틸팅장치가 개발되어 90년대에는 JR각 회사에 틸팅열차가 없는 회사가 없을 정도가 되었다. 하지만 2000년대 후반부터 틸팅장치와 선로 유지보수비용 부담에 비해 승객의 증가량이 적어 경제성이 떨어졌고 여러가지 안전사고들 때문에 속도 중시의 정책이 안전 중심으로 변화, 그리고복잡한 틸팅장치 대신 에어스프링 만을 기울여 2도 정도의 틸팅각을 내면서도 곡선 통과속도를 동일하게 증가시키는 차체경사제어장치의 기술로 대체되면서 틸팅열차는 그 한계를 맞이하게 되었다. 

- 교토역에서 어느 노신사가 스마트폰으로 381계를 촬영하고 있다. 언제 퇴역할지 모를 차량을 아무렇지도 않게 찍는 모습은 일본의 철도문화를 말없이 전하고 있다. 

- Last Updated : 2014. 11. 18.

- 글 : 송승학(부운영자, 787-ARIAKE)

- 사진 : 본인, 김성수님, 일철연 공동사진DB