본 연구는 운용 파라미터의 불확실성을 고려한 착륙장치 완충성능 해석 기법을 제시한다. 실제 운용 환경에서 완충성능에 영향을 미치는 많은 파라미터는 어느 정도의 불확실성을 가지게 되는데, 완충장치 가스 압력과 오일 체적, 타이어 압력, 외부 온도 등을 예로 들 수 있다. 본 연구에서는 Convex Modeling 과 Interval Analysis 기법을 적용하여, 이러한 불확실성이 착륙 시의 지면 반력에 미치는 효과를 해석하였다. 불확실한 파라미터를 고려할 경우, 완충효율 및 구조 건전성에 중요한 영향을 주는 Peak load 가 Deterministic analysis 의 결과보다 크게 증가하였다. 안전성과 신뢰성의 확보를 위해서는 이러한 불확실성을 반영하는 것이 필요하며, 제시한 방법은 이를 효율적으로 처리할 수 있음을 보여준다.
본 연구는 운용 파라미터의 불확실성을 고려한 착륙장치 완충성능 해석 기법을 제시한다. 실제 운용 환경에서 완충성능에 영향을 미치는 많은 파라미터는 어느 정도의 불확실성을 가지게 되는데, 완충장치 가스 압력과 오일 체적, 타이어 압력, 외부 온도 등을 예로 들 수 있다. 본 연구에서는 Convex Modeling 과 Interval Analysis 기법을 적용하여, 이러한 불확실성이 착륙 시의 지면 반력에 미치는 효과를 해석하였다. 불확실한 파라미터를 고려할 경우, 완충효율 및 구조 건전성에 중요한 영향을 주는 Peak load 가 Deterministic analysis 의 결과보다 크게 증가하였다. 안전성과 신뢰성의 확보를 위해서는 이러한 불확실성을 반영하는 것이 필요하며, 제시한 방법은 이를 효율적으로 처리할 수 있음을 보여준다.
The performance estimation of a landing gear with uncertain parameters is presented. In actual use, many parameters can have certain degrees of variations that affect the energy absorbing performance. For example, the shock strut gas pressure, oil volume, tire pressure, and temperature can deviate f...
The performance estimation of a landing gear with uncertain parameters is presented. In actual use, many parameters can have certain degrees of variations that affect the energy absorbing performance. For example, the shock strut gas pressure, oil volume, tire pressure, and temperature can deviate from their nominal values. The objective function in this study is the ground reaction during touchdown, which is a function of the abovementioned parameters and time. To consider the uncertain properties, convex modeling and interval analysis are used to calculatethe objective function. The numerical results show that the ground reaction characteristics are quite different from those of the deterministic method. The peak load, which affects the efficiency and structural integrity, is increases considerably when the uncertainties are considered. Therefore, it is important to consider the uncertainties, and the proposed methodology can serve as an efficient method to estimate the effect of such uncertainties.
The performance estimation of a landing gear with uncertain parameters is presented. In actual use, many parameters can have certain degrees of variations that affect the energy absorbing performance. For example, the shock strut gas pressure, oil volume, tire pressure, and temperature can deviate from their nominal values. The objective function in this study is the ground reaction during touchdown, which is a function of the abovementioned parameters and time. To consider the uncertain properties, convex modeling and interval analysis are used to calculatethe objective function. The numerical results show that the ground reaction characteristics are quite different from those of the deterministic method. The peak load, which affects the efficiency and structural integrity, is increases considerably when the uncertainties are considered. Therefore, it is important to consider the uncertainties, and the proposed methodology can serve as an efficient method to estimate the effect of such uncertainties.
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문제 정의
본 연구에서는 운용 파라미터의 불확실성을 고려하여 착륙장치의 동적 거동을 해석하였다. 이를 위해 Convex modeling 과 Interval analysis 를 적용하였다.
본 연구에서는 착륙 시 작용하는 지면반력(Ground reaction)을 목적함수로 설정하였다. 다양한 착륙 자세에 대해 Deterministic method, Convex modeling, Interval analysis 에 의해 구한 최대하중(Peak load)을 비교하고, 운용 파라미터의 불확실성이 완충성능에 미치는 영향을 분석하였다.
가설 설정
기본적으로 유공압 방식 완충장치의 성능은 가스와 오일의 서비싱(Servicing) 상태에 크게 좌우된다. 본 논문에서는 완충장치 내부의 가스 압력과 오일 체적, 타이어 압력, 외부 온도가 표준값으로부터 일정량의 편차를 가진다고 가정하였다. 성능해석에는 Fig.
제안 방법
본 연구에서는 착륙 시 작용하는 지면반력(Ground reaction)을 목적함수로 설정하였다. 다양한 착륙 자세에 대해 Deterministic method, Convex modeling, Interval analysis 에 의해 구한 최대하중(Peak load)을 비교하고, 운용 파라미터의 불확실성이 완충성능에 미치는 영향을 분석하였다.
각 파라미터에 대한 민감도는 Central difference approximation 을 통해 구하였고, 지면반력은 1 차 Taylor 근사법으로 계산하였다. 또 결과의 비교, 검증을 위해 최대 편차일 때의 파라미터 값을 대입하여 직접 지면반력을 해석하였다. Fig.
본 논문에서는 Convex modeling(2~6)과 Interval analysis(7~10)를 이용하여, 운용 파라미터의 불확실성을 고려한 착륙장치 완충성능 해석을 수행하게 된다. 이 방법에서는 통상의 확률론적 접근법과 달리, 불확실성을 갖는 파라미터의 분포 범위에 대한 정보만을 필요로 하며, 이로부터 목적함수의 최대, 최소값을 구하게 된다.
대상 데이터
본 논문에서는 완충장치 내부의 가스 압력과 오일 체적, 타이어 압력, 외부 온도가 표준값으로부터 일정량의 편차를 가진다고 가정하였다. 성능해석에는 Fig. 2 와 같이 전륜 및 주륜 착륙장치(Nose and Main landing gear)로 구성되는 모델을 사용하였다.
이론/모형
각 파라미터에 대한 민감도는 Central difference approximation 을 통해 구하였고, 지면반력은 1 차 Taylor 근사법으로 계산하였다. 또 결과의 비교, 검증을 위해 최대 편차일 때의 파라미터 값을 대입하여 직접 지면반력을 해석하였다.
운용 파라미터가 갖는 불확실성의 영향을 평가하기 위해 Deterministic method, Convex modeling, Interval analysis 에 의한 지면반력을 계산하였다. 착륙조건으로는 Fig.
본 연구에서는 운용 파라미터의 불확실성을 고려하여 착륙장치의 동적 거동을 해석하였다. 이를 위해 Convex modeling 과 Interval analysis 를 적용하였다. 두 방법에 의한 해석 결과 작용하중이 증가하였으며, 이러한 사실은 시스템의 안전성과 신뢰성을 위해서는 불확실성의 고려가 필요함을 보여준다.
운용 파라미터가 갖는 불확실성의 영향을 평가하기 위해 Deterministic method, Convex modeling, Interval analysis 에 의한 지면반력을 계산하였다. 착륙조건으로는 Fig. 9 와 같은 세 가지의 착륙 자세를 고려하였으며, 착륙하중 해석에는 상용 소프트웨어인 VI-Aircarft 를 사용하였다.(12)
성능/효과
13 은 Level landing 조건에 대해 Loadstroke curve 를 비교한 것이다. 곡선 아래의 면적이 총 흡수된 에너지이므로, 불확실성을 고려할 경우 에너지 총량이 예상보다 증가할 수 있음을 보여준다. 이는 불확실성을 고려하지 않을 경우, 설계자가 안전하리라고 판단한 착륙조건에서 착륙장치가 파손될 수도 있음을 의미한다.
이를 위해 Convex modeling 과 Interval analysis 를 적용하였다. 두 방법에 의한 해석 결과 작용하중이 증가하였으며, 이러한 사실은 시스템의 안전성과 신뢰성을 위해서는 불확실성의 고려가 필요함을 보여준다.
8에 결과를 나타내었는데, Oil volume 과 온도의 영향이 다른 파라미터에 비해 큰 것을 알 수 있다. 또한 모든 파라미터에 대해, 1 차 Taylor 함수를 이용한 결과가 근사화를 하지 않은 해석값과 비교적 잘 일치하였다. 이를 통해 목적함수 선형화를 통해 불확실성을 고려하는 Convex modeling 과 Interval analysis 의 적용이 타당함을 알 수 있다.
12 는 각 방법에 의해 구한 지면반력을 나타낸 것이다. 모든 착륙조건에서 불확실성을 고려할 때 Peak load 가 증가하였는데, Convex modeling 에 의한 결과가 그 폭이 가장 큰 것을 알 수 있다. Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유공압(Oleo-pneumatic) 완충장치의 원리는?
다양한 방식의 완충장치가 존재하지만 가장 널리 쓰이는 것은 Oil damper 와 Gas spring 으로 구성되는 유공압(Oleo-pneumatic) 완충장치이다. 이 방식은 Orifice를 통한 유체의 흐름이 피스톤 속도의 제곱에 비례하는 감쇠력(Damping force)를 생성하고, 피스톤의 압축, 팽창에 따라 Polytropic 과정을 겪는 가스가 스프링 힘을 발생하여 착륙 시의 에너지를 흡수, 소산(Dissipation)시키는 원리이다. 일반적으로, 착륙 시점에서는 감쇠력이, 스트로크(Stroke)이 커지는 후반부로 갈수록 스프링 힘이 큰 비중을 차지한다.
실제 운용 환경에서 완충성능에 영향을 미치는 많은 파라미터 중 불확실성을 가지는 요소는?
본 연구는 운용 파라미터의 불확실성을 고려한 착륙장치 완충성능 해석 기법을 제시한다. 실제 운용 환경에서 완충성능에 영향을 미치는 많은 파라미터는 어느 정도의 불확실성을 가지게 되는데, 완충장치 가스 압력과 오일 체적, 타이어 압력, 외부 온도 등을 예로 들 수 있다. 본 연구에서는 Convex Modeling 과 Interval Analysis 기법을 적용하여, 이러한 불확실성이 착륙 시의 지면 반력에 미치는 효과를 해석하였다.
착륙장치의 주요 기능은 무엇인가?
착륙장치의 주요 기능은 완충장치를 통해 항공기 착륙 시의 충격을 흡수하는 것이다. 다양한 방식의 완충장치가 존재하지만 가장 널리 쓰이는 것은 Oil damper 와 Gas spring 으로 구성되는 유공압(Oleo-pneumatic) 완충장치이다.
참고문헌 (12)
Wall, F. J. and Bucher, C. G., 1987, "Sensitivity of Expected Exceedance Rate of SDOF-System Response to Statistical Uncertainties of Loading and System Parameters," Probabilistic Engineering Mechanics, Vol. 2, pp. 138-146.
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Qiu, Z. and Elishakoff, I., 2001, "Anti-Optimization Technique-A Generalization of Interval Analysis for Nonprobabilistic Treatment of Uncertainty," Chaos, Solitons and Fractals, Vol. 12, pp. 1747-1759.
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