본 연구는 KSLV-I 페이로드 페어링을 제외한 2단 구조부에 대한 모드시험 결과를 기술하고 있다. 2단부는 크게 위성 분리부, 탑재부, 킥모터 지지부, 킥모터로 구성되어 있다. 번지코드를 이용하여 자유경계단 조건을 모사하였고 가진은 대형 가진 망치를 사용하였다. 이러한 모드시험 결과를 통하여 모드변수를 추출할 수 있고, 2단부 구조체의 동특성을 파악할 수 있다. 시험 결과는 TDAS를 사용하여 분석하였고, 100Hz 이하의 모드변수 및 모드형상을 추출하였다.
본 연구는 KSLV-I 페이로드 페어링을 제외한 2단 구조부에 대한 모드시험 결과를 기술하고 있다. 2단부는 크게 위성 분리부, 탑재부, 킥모터 지지부, 킥모터로 구성되어 있다. 번지코드를 이용하여 자유경계단 조건을 모사하였고 가진은 대형 가진 망치를 사용하였다. 이러한 모드시험 결과를 통하여 모드변수를 추출할 수 있고, 2단부 구조체의 동특성을 파악할 수 있다. 시험 결과는 TDAS를 사용하여 분석하였고, 100Hz 이하의 모드변수 및 모드형상을 추출하였다.
This paper introduces modal test of the 2nd stage structure of KSLV-I which is composed to satellite, PLA(Payload Adapter), EB(Equipment Bay), KMS(Kick Motor Support) and KM(Kick Motor) without PLF(Payload Fairing). In this test, to simulate free-free boundary condition, test object was hung by 4 bu...
This paper introduces modal test of the 2nd stage structure of KSLV-I which is composed to satellite, PLA(Payload Adapter), EB(Equipment Bay), KMS(Kick Motor Support) and KM(Kick Motor) without PLF(Payload Fairing). In this test, to simulate free-free boundary condition, test object was hung by 4 bungee cords and excited by using impact hammer. From this test, dynamic properties of the 2nd stage structure of KSLV-I can be obtained. Modal test data are analyzed by using TDAS(Test Data Analysis Software). As the result, modal parameters and mode shapes below 100Hz of the 2nd stage of KSLV-I were identified.
This paper introduces modal test of the 2nd stage structure of KSLV-I which is composed to satellite, PLA(Payload Adapter), EB(Equipment Bay), KMS(Kick Motor Support) and KM(Kick Motor) without PLF(Payload Fairing). In this test, to simulate free-free boundary condition, test object was hung by 4 bungee cords and excited by using impact hammer. From this test, dynamic properties of the 2nd stage structure of KSLV-I can be obtained. Modal test data are analyzed by using TDAS(Test Data Analysis Software). As the result, modal parameters and mode shapes below 100Hz of the 2nd stage of KSLV-I were identified.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
소형 위성 발사체 2단 구조부에 대한 모드 시험은 2단 구조부의 강성을 실험적으로 검증하여 1단 전기체부와의 동적 연성(Dynamic Coupling) 관련 조건에 대한 만족 여부를 검토하고, 결합 하중 해석 (CLA, Coupled Load Analysis) 을 위한 해석 모델을 좀 더 엄밀하게 수정하기 위해 계획되었다. 각 부분체에 대한 동적 특성을 알아보기 위한 모드 해석 및 시험은 수행되었지만, 전체 조립되었을 경우 각 부분체 간의 체결조건 및 경계조건을 해석상으로 정확하게 모사하기는 쉽지 않다.
제안 방법
킥모터지 지부(KMS: Kick Motor Support)는 실제 구조를 사용하여 경계조건에 대한 정확도를 확보하였고, 전장품에 대한 시뮬레이터는 기본적으로 질량 특성을 동일하게 제작하여 배치하였다. 단연결부 시뮬레이터의 경우는 콘 형상의 단연결부의 상부 단면에 대한 질량 특성을 고려하여 링 형태로 제작하였다. 이상의 시뮬레이터 및 더미와 2단 구조체와의 체결은 단연결부 시뮬레이터와 분리 조인트와의 연결부만 제외하고 실제 체결 조건과 동일하도록 구성하였다.
데이터 수집 시스템은 28채널의 PULSE 3560D 를 사용하는데, 동시에 측정 가능한 채널 수가 28채널이므로 센서를 이동하여 시험 케이스를 늘리는 방식으로 측정하였다. 가진은 대형 구조물가 진용 충격망치 (PCB 086C20)를 사용하였고, 가진 위치는 그림 3에 표시된 바와 같이 킥모터 시뮬레이터 하단부를 Y축 방향으로 가진 하였다.
따라서 그림 2와 같이 자유경계조건 (Free-Free B.C.) 의 부가를 위해 단연결부 시뮬레이터의 끝단 부분에 치구를 설계하여 4개 지점에 설치하고, 경계조건에 의한 전체 시스템의 강체모드가 관심 주파수 영역을 벗어나는 저주파수의 고유 진동수를 가지도록 스프링이 장착된 번지 코드를 이용하였다. 이때 번지 코드와 2단 구조체와의 간섭을 방지하기 위해 H 빔으로 치구를 구성하여 크레인에 매어 달았다.
센서 위치는 각 부분체의 연결부에 해당하는 프레임을 기준으로 부착하였고, 콘 구조물에는 스트링거를 기준으로 부착하였다. 본 시험에서는 횡방향 굽힘 모드를 잘 관찰하기 위해 축 방향을 기준으로 90° 간격으로 가속도 센서를 부착하였다. 따라서 총 67 포인트 즉, 총 201채널의 가속도 센서 응답을 측정하였다.
본 연구에서는 소형위성발사체 페이로드 페어링을 제외한 2단부 구조체의 조립모델을 이용하여 자유 경계조건에서 모드 시험을 수행하였다.
소형 위성 발사체 2단부 모드 시험을 위한 모델 구성은 그림 1과 같이 페이로드 페어링은 조립하지 않고, 위성, 킥모터, 단연결부, 탑재물은 더미 또는 시뮬레이터를 사용하여 시험을 수행하였다.
시험장치의 구성은 초기안에서는 2단 전기체 구조 시험 치구를 사용하여 2단 구조체를 조립하고, 이와 같은 경계 조건하에서 시험을 수행할 계획이었으나 검토 결과 2단부 구조 시험 치구와의 동적 연성이 발생하여 2단 구조체 해석 모델의 검증에 어려움이 클 것으로 판단되어 2단 구조체에 자유 경계 조건을 부가하는 형태로 변경하였다.
있다. 실제 센서의 축방향을 모두 고려하여 노드 포인트 별로 각각의 로컬 좌표계를 적용하였다.
그리고 측정한 주파수 응답 함수 (FRF)를 TDAS로 불러와서 전체 측정함수를 축약하여 모드 밀도(Modal Density)를 나타내는 모드 지시 함수(MIF: Mode Indicator Function) 로공진 주파수를 찾을 수 있다. 여기에서는 전달함수의 실수 값이 공진에서 0에 가까운 값을 가진다는 것을 이용한 Normal MIF를 이용하여 공진주파수를 추출하였다. 그림 6은 100Hz 이하에서 전체 측정 지점에서의 주파수 응답함수를 보여주고 있다.
)등이 유사하도록 설계한 시뮬레이터를 사용하며, 킥모터의 경우에는 최대한 질량 특성이 유사하도록 고려된시뮬레 이터를 사용한다. 킥모터지 지부(KMS: Kick Motor Support)는 실제 구조를 사용하여 경계조건에 대한 정확도를 확보하였고, 전장품에 대한 시뮬레이터는 기본적으로 질량 특성을 동일하게 제작하여 배치하였다. 단연결부 시뮬레이터의 경우는 콘 형상의 단연결부의 상부 단면에 대한 질량 특성을 고려하여 링 형태로 제작하였다.
대상 데이터
본 시험에서는 횡방향 굽힘 모드를 잘 관찰하기 위해 축 방향을 기준으로 90° 간격으로 가속도 센서를 부착하였다. 따라서 총 67 포인트 즉, 총 201채널의 가속도 센서 응답을 측정하였다.
이때 번지 코드와 2단 구조체와의 간섭을 방지하기 위해 H 빔으로 치구를 구성하여 크레인에 매어 달았다. 여기에 사용된 스프링의 사양은 최대사용하중 1300kgf, 스프링 상수는 26kgf/mm, 최대 변위량은 50mm이다.
특히 위성의 경우에는 질량(81.9kg), 횡방향 고유 진동수(32.2Hz), 무게중심(C.G.)등이 유사하도록 설계한 시뮬레이터를 사용하며, 킥모터의 경우에는 최대한 질량 특성이 유사하도록 고려된시뮬레 이터를 사용한다. 킥모터지 지부(KMS: Kick Motor Support)는 실제 구조를 사용하여 경계조건에 대한 정확도를 확보하였고, 전장품에 대한 시뮬레이터는 기본적으로 질량 특성을 동일하게 제작하여 배치하였다.
데이터처리
TDAS를 이용하여 결과를 분석하고, 필요한 주요모드 변수를 추출하였다. 이는 2단부 구조체 유한요소 해석 모델의 보정에 이용되고, 이를 통하여 전체 비행 모델의 동적 특성 예측에 활용될 것이다.
이론/모형
주파수 응답함수(FRF)을 통해 고유주파수 및 감쇠는 간단히 구할 수 있지만, 복잡한 3차원 형상을 가진 구조체의 경우 구체적인 모드 형상을 추출하기란 많은 노력이 필요하다. 따라서 본시험에서는 TDAS(Test Data Analysis Software)를사용하여 모드 변수를 추출하였다.
충격망치를 이용하여 시험을 수행하였기 때문에 단일 기준 방법 (Single-Reference Technique) 을 적용하였다. 그리고 측정한 주파수 응답 함수 (FRF)를 TDAS로 불러와서 전체 측정함수를 축약하여 모드 밀도(Modal Density)를 나타내는 모드 지시 함수(MIF: Mode Indicator Function) 로공진 주파수를 찾을 수 있다.
성능/효과
100Hz 이하의 주요 모드는 이러한 굽힘 모드 형태를 나타내고 국부적인 모드는 부분체 및 탑재물들에 영향을 받아서 나타남을 확인할 수 있었다.
후속연구
변수를 추출하였다. 이는 2단부 구조체 유한요소 해석 모델의 보정에 이용되고, 이를 통하여 전체 비행 모델의 동적 특성 예측에 활용될 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.