착륙장치 시스템의 개발은 설계특성상 충격흡수 성능에 대한 설계 파라메터, 최소한의 작동공간, 복잡성 및 중량과 비용 등의 복합적인 관계를 가지고 있다. 특히 항공기 착륙에 따른 지상충격하중 및 동적거동은 착륙장치 자체 구성품 뿐만 아니라 장착구조물의 설계 하중으로 적용되는 중요한 설계분야이다. 본 연구에서는 T-50 착륙장치를 모델로 ADAMS를 이용하여 지상 충격하중 및 동적거동을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 항공기 운용/환경조건을 고려한 충격흡수특성 해석은 다양한 설계경험을 토대로 수행하였다. 설계변수 설정, 완충기에 작용하는 내력정의, 운동방정식을 유도하여 착륙 수직속도, 착륙 자세, 착륙 수평속도, 완충효율, 장착위치 작용하중 등을 고려한 해석결과와 동적거동 특성을 분석하고 제시하였다. 이러한 해석 결과를 바탕으로 향후 새로운 착륙장치 개발시 범용적인 해석이 용이할 뿐만 아니라 지상/비행시험의 문제점 발생시 고장탐구 해결에 활용할 수 있다.
착륙장치 시스템의 개발은 설계특성상 충격흡수 성능에 대한 설계 파라메터, 최소한의 작동공간, 복잡성 및 중량과 비용 등의 복합적인 관계를 가지고 있다. 특히 항공기 착륙에 따른 지상충격하중 및 동적거동은 착륙장치 자체 구성품 뿐만 아니라 장착구조물의 설계 하중으로 적용되는 중요한 설계분야이다. 본 연구에서는 T-50 착륙장치를 모델로 ADAMS를 이용하여 지상 충격하중 및 동적거동을 해석할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 항공기 운용/환경조건을 고려한 충격흡수특성 해석은 다양한 설계경험을 토대로 수행하였다. 설계변수 설정, 완충기에 작용하는 내력정의, 운동방정식을 유도하여 착륙 수직속도, 착륙 자세, 착륙 수평속도, 완충효율, 장착위치 작용하중 등을 고려한 해석결과와 동적거동 특성을 분석하고 제시하였다. 이러한 해석 결과를 바탕으로 향후 새로운 착륙장치 개발시 범용적인 해석이 용이할 뿐만 아니라 지상/비행시험의 문제점 발생시 고장탐구 해결에 활용할 수 있다.
The integration of the landing gear system is a complex relationship between the many conflicting parameters of shock absorption, minimum stow area, complexity, weight and cost. Especially ground impact load and dynamic behaviors greatly influence design load of landing gear components as well as lo...
The integration of the landing gear system is a complex relationship between the many conflicting parameters of shock absorption, minimum stow area, complexity, weight and cost. Especially ground impact load and dynamic behaviors greatly influence design load of landing gear components as well as load carrying structural attachment. This study investigates ground impact load and dynamic behaviors of the T-50 landing gear system using ADAMS. Taking into account for various operational/environmental conditions, an analysis of shock absorbing characteristics at ground impact is performed with experience derived from a wide range of proprietary designs. Analytical results are presented for discussing the effects of aircraft horizontal and vertical speed, landing attitudes, shock absorbing efficiency. This analysis leads us to the conclusion that the proposed program is shown to be a better quantitative one that apply to a new development and troubleshooting of the landing gear system.
The integration of the landing gear system is a complex relationship between the many conflicting parameters of shock absorption, minimum stow area, complexity, weight and cost. Especially ground impact load and dynamic behaviors greatly influence design load of landing gear components as well as load carrying structural attachment. This study investigates ground impact load and dynamic behaviors of the T-50 landing gear system using ADAMS. Taking into account for various operational/environmental conditions, an analysis of shock absorbing characteristics at ground impact is performed with experience derived from a wide range of proprietary designs. Analytical results are presented for discussing the effects of aircraft horizontal and vertical speed, landing attitudes, shock absorbing efficiency. This analysis leads us to the conclusion that the proposed program is shown to be a better quantitative one that apply to a new development and troubleshooting of the landing gear system.
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문제 정의
기존의 연구결과를 바탕으로, 본 연구에서는 착륙장치 시스템 개발시 요구되는 범용적인 해석 도구로 활용하고자 전산 동역학 프로그램인 ADAMS를 이용하여 다양한 운용조건을 고려한 지상충격하중 및 동적거동을 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다.
본 연구에서는 2챔버 type B를 모델을 적용하였으나 공기력 및 감쇠력의 영향을 간단히 설명하기 위하여 단일 압력칸 (KT-1 적용개념)에 대하여 압축의 경우를 기술하였다. 2챔버 type B 완충기의 작동은 단일 압력칸의 거동과 같은 개념이나 유압유의 흐름이 복잡하고 저압과 고압의 공기칸을 연결하여야 하는 관계로 공기칸의 압력을 압축비로 표현할 수 없는 어려움이 있다.
제안 방법
1. 설계변수 설정, 완충기에 작용하는 내력 정의, 운동방정식을 유도하여 착륙 수직속도, 착륙 자세, 착륙 수평속도, 완충효율 등의 해석결과와 동적거동 특성을 분석하고 제시하였다.
장착부위에서의 동적하중은 관성력의 영향 때문에 정적하중에 비해 적을 것으로 고려하여 외국 전문업체에서도 정적하중을 적용하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서 제시한 지상충격하중 및 완충기 스트로크의 변형을 정적문제로 고려하여 착륙장치 장착부위의 작용하중으로 적용할 수 있다.
본 연구에서는 설계단계에서 확보한 실제 값들을 사용하였으며, 연결요소에 대한 특성치는 해외전문업체에서 적용하는 경험치를 사용하였다. 또한 공기압력이 클 경우 무시할 수 없는 유압유의 압축성을 고려하였다.
본 연구에서는 T-50 착륙장치 시스템을 모델로 ADAMS를 활용하여 지상충격 특성 및 동적 거동을 해석하는 프로그램을 개발하여 아래의 결론을 얻었다.
강체 모델을 수행하는데 필요한 입력자료는 각 강체의 무게, 무게중심, 관성모멘트 등의 물성치와 강체들을 연결하고 있는 스프링, 댐퍼, 조인트 등의 특성치 자료가 필요하다[12]. 본 연구에서는 설계단계에서 확보한 실제 값들을 사용하였으며, 연결요소에 대한 특성치는 해외전문업체에서 적용하는 경험치를 사용하였다. 또한 공기압력이 클 경우 무시할 수 없는 유압유의 압축성을 고려하였다.
따라서 다양한 항공기 운용/환경 조건을 고려한 지상충격 흡수특성 해석이 선행되어야 한다. 완충기의 성능은 광범위하고 반복적인 충격낙하시험을 수행하면서 조금씩 진보되었다. 이러한 방법에 의한 성능향상은 막대한 비용과 시간이 소요되므로 이론적 해석을 통하여 먼저 착륙장치의 거동을 해석하고 예측하는 방법을 연구하기 시작하였다.
착륙장치 지상 충격하중 및 동적거동을 해석하고자 상용 프로그램인 ADAMS를 활용하여, 착륙장치의 동적특성을 나타내는 모델링 및 운동방정식을 유도하고 각 파라메터 변화에 따른 지상 충격하중 및 충격흡수 특성을 분석하였다. 항공기 착륙속도, 중량 및 자세 등의 영향을 분석하기 위하여 본 연구에서 적용한 항공기 및 착륙장치 형상을 Table 1에 나타내었다.
대상 데이터
Fig. 1은 T-50 주륜 착륙장치로 완충기, 트레일링 암(trailing arm), 작동기(brace actuator) 등으로 구성되며, 13개의 강체와 17개의 조인트로 모델링 하였다. 본 연구에서 이용한 완충기는 서로 다른 공기 압력칸을 구분하고 유압칸을 기준으로 분리하여 내부배열한 2챔버 typeB 이다.
1은 T-50 주륜 착륙장치로 완충기, 트레일링 암(trailing arm), 작동기(brace actuator) 등으로 구성되며, 13개의 강체와 17개의 조인트로 모델링 하였다. 본 연구에서 이용한 완충기는 서로 다른 공기 압력칸을 구분하고 유압칸을 기준으로 분리하여 내부배열한 2챔버 typeB 이다. 이러한 형태는 단일 공기칸에 비해 항공기 자세조절이 용이하고 지상활주/충격시 동적거동이 우수한 반면 내부설계가 복잡하고 중량이 증가하는 단점이 있다[13].
이론/모형
착륙장치 지상하중 및 지상 동적거동 해석을 위하여 전산동력학 해석 범용 소프트웨어인 ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System)를 이용하여 강체로 모델링하였다. 강체 모델을 수행하는데 필요한 입력자료는 각 강체의 무게, 무게중심, 관성모멘트 등의 물성치와 강체들을 연결하고 있는 스프링, 댐퍼, 조인트 등의 특성치 자료가 필요하다[12].
후속연구
2. 본 연구에서는 ADAMS를 활용하여 프로그램을 개발함으로서 새로운 착륙장치 개발시 범용적인 해석에 적용할 수 있고 지상/비행시험의 문제점 발생시 고장탐구 해결에 활용할 수 있다.
3. 지상 충격하중 값은 매우 큰 반면 착륙장치 장착공간 및 중량은 최소화하여야 하므로 착륙장치 구성품의 탄성변형 거동을 고려한 동적거동에 대한 연구가 향후 필요하다. 또한 향후 충격낙하시험 결과와 비교 분석을 통하여 프로그램의 타당성을 입증하는 연구가 필요하다.
지상 충격하중 값은 매우 큰 반면 착륙장치 장착공간 및 중량은 최소화하여야 하므로 착륙장치 구성품의 탄성변형 거동을 고려한 동적거동에 대한 연구가 향후 필요하다. 또한 향후 충격낙하시험 결과와 비교 분석을 통하여 프로그램의 타당성을 입증하는 연구가 필요하다.
미치게 된다. 본 연구에서는 착륙장치 거동에 대한 물리적 의미의 이해를 위해 착륙장치 주요부재의 유연성을 무시하였으나 향후 연구에서 주요부재의 유연성을 고려할 계획이다.
반면 진행 반대방향의 최대 수평하중이 (Fds) 작용하는 경우 이에 해당하는 수직하중 (FVsu)과 완충기 압축량을 확인하여 강도해석에 작용할 수 있다. 향후 ADAMS 해석의 타당성을 확인하기 위해서 충격낙하시험 결과와 비교/분석할 예정이다.
참고문헌 (14)
N. S. Currey, "Aircraft Landing Gear Design: Principles and Practice," American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Washington, D.C., 1988.
MIL-A-8862A, "Strength and rigidity, landing and ground handling loads," 1971.
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