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제안 방법
- 레이돔 설계에 있어 레이돔과 안테나 복사소자간 거리는 전기적인 성능(삽입손실 및 Active VSWR 등) 에 영향을 미치게 된다. 따라서 외력에 의한 레이돔의 을 변형량은 매우 중요한 설계인자이므로 풍압 및 풍력시험을 통해 얻은 실험결과를 토대로 다층 복합소재인(Skin : HG120/RS1212, Core : ECA-R/OX Normex) 레이돔 구조해석을 수행하여 운용풍속 26m/s에서 레이돔의 변위량을 계산하였다. 다층 복합소재의 기계적 물성치는 Table 4와 같다.
- 본 연구에서는 능동위상배열 레이더의 레이돔에 작용하는 풍향에 따른 풍하중 산정을 위해 상사법칙에 따라 축소된 풍압실험 모형과 공기력실험 모형을 제작하여 레이더의 일반적인 운용풍속 조건인 5∼26m/s 에서 레이놀즈수 영향을 평가한 후 레이더 회전각도를 다양하게 변화시켜 영각에 따른 레이돔에 작용하는 압력과 공기력을 측정하고, 형상설계에 영향을 미치는 풍압계수 및 공기력계수를 도출하였다. 또한 풍동실험에서 도출된 결과를 반영하여 레이돔의 응력해석(구조해석)을 통해 구조적인 안정성을 평가하여 그 결과를 제시하였다.
- 6m/s와 26m/s 에 대하여 각각 15도 및 45도 간격으로 달리하여 0∼180도까지 풍압실험을 수행하였다. 레이돔 구동에 따라 바람입사각을 15도 간격으로 달리하여, 풍압실험을 수행하였다. 풍압 실험 조건은 Table 3에 나타나 있다.
- 레이돔 모형에 작용하는 공기력을 측정하기 위하여 Fx, Fy, Fz, Mx, My 및 Mz 방향의 힘을 동시에 측정 할 수 있는 6분력계(JR3사, Model:160M50)를 사용하여 측정하였다.
- 레이돔 모형에 작용하는 풍압을 측정하기 위하여±254mmAq까지 측정 가능한 PSI사의 8400 system 풍압측정 장비를 사용하였다.
- 레이돔에 작용하는 바람 입사각 변화에 따른 공기력 측정 실험 조건은 풍압 실험과 동일한 조건에서 실험을 수행하였다. 실험 결과는 Fig.
- 본 논문에서 공기력 실험 시 좌표계는 레이돔 하부설계 시 적합한 구조물 좌표계를 적용하여 실험을 진행하였다. 영각 변화에 대한 좌표계의 변환은 식 (1) ∼(4)와 같다.
- 본 연구에서는 능동위상배열 레이더의 레이돔에 작용하는 풍향에 따른 풍하중 산정을 위해 상사법칙에 따라 축소된 풍압실험 모형과 공기력실험 모형을 제작하여 레이더의 일반적인 운용풍속 조건인 5∼26m/s 에서 레이놀즈수 영향을 평가한 후 레이더 회전각도를 다양하게 변화시켜 영각에 따른 레이돔에 작용하는 압력과 공기력을 측정하고, 형상설계에 영향을 미치는 풍압계수 및 공기력계수를 도출하였다.
- 본 연구에서는 다양한 영각 조건에서의 풍압분포를 알아보기 위하여 11.6m/s와 26m/s 두가지 풍속에 대하여 실험을 수행하고, 그 결과를 비교하였다. Fig.
- 본 연구에서는 레이돔의 합리적이고 경제적인 풍하중 산정을 위해 풍동실험을 수행하였고, 1:5의 축소 모형을 제작하고, 최대 풍속 26m/s 조건하에서 풍압과 공기력을 측정하였다. 이러한 풍동실험 결과를 바탕으로 상세 구조해석을 통해 기존의 설계 방법과 비교 분석하였다.
- 본 연구는 전북대학교 대형풍동실험센터의 경계층 풍동에서 수행하였다. 수직순환형 폐회로 방식의 경계층 풍동으로 풍속 및 시험부 규모에 따라 고속시험부와 저속시험부로 구분되어있으며, 레이돔 풍동실험은 고속시험부에서 실시하였다. 고속시험부의 크기는 폭 5m, 높이 2.
- 풍압실험의 경우 풍압공의 개수 및 위치가 적절하게 배치되지 않으면, 측정된 실험 결과를 이용하여 해석을 수행할 경우 많은 오차를 포함하게 된다. 실험 조건 및 결과의 신뢰성 확인을 영각 0도, 26m/s 조건에서 측정된 풍압 분포를 각각의 대표 면적으로 적분 하여 공기력 실험 결과와 비교하여 보았다. 풍압 분포를 적분하여 얻어진 항력계수는 1.
- 이에 기류 조건은 등류로 한정하고, 레이놀즈수를 3.0×105∼1.6×106으로 달리하여 실험을 수행하였다.
- 풍동 유로 내의 바닥면 경계층의 영향을 피하기 위하여 바닥면으로부터 충분한 높이를 확보하여 모형을 설치하였으며, 레이돔 구동에 따른 바람입사각은 실험풍속 11.6m/s와 26m/s에 대하여 각각 15도 및 45도 간격으로 달리하여 0∼360도까지 풍압실험을 수행하였다.
- 풍압 측정 실험 시 기류는 난류강도 1.5% 이하의 등류로 한정하였으며, 레이돔 구동에 따른 바람입사각은 실험풍속 11.6m/s와 26m/s 에 대하여 각각 15도 및 45도 간격으로 달리하여 0∼180도까지 풍압실험을 수행하였다.
- 풍하중을 고려한 구조해석 시 기존의 설계 방법인 가정된 사각 단면형상이 갖는 항력계수(CD = 1.2)를 통해 산출된 풍하중을 등분포하중으로 해석하는 방법과 풍동실험을 통해 측정된 풍압분포를 각각의 대표면적으로 나누어서 해석하는 방법을 적용하여 구조해석 결과를 비교하였다. 구조해석 결과는 Fig.
대상 데이터
- 본 연구의 레이돔 풍동실험 모형은 풍동의 폐쇄율을 고려하여 1:5 스케일의 모형으로 제작하였으며, 제작된 모형의 크기는 높이 837mm, 폭 370mm, 두께 125mm 이다. 모형의 외형은 아크릴로 제작되었으며, 레이돔 하부 연결부와 실린더 지지대는 충분한 강성 확보를 위하여 두랄루민(duralumin)으로 제작하였다. 시험모형의 형상은 Fig.
- 본 연구는 전북대학교 대형풍동실험센터의 경계층 풍동에서 수행하였다. 수직순환형 폐회로 방식의 경계층 풍동으로 풍속 및 시험부 규모에 따라 고속시험부와 저속시험부로 구분되어있으며, 레이돔 풍동실험은 고속시험부에서 실시하였다.
- 본 연구대상인 능동위상배열 레이더의 전체 크기는 폭 1,850mm, 길이 3,370mm로 설계되었으며, 레이돔의 스킨부는 HG120/RS1212, 플렌지부는 HPW193/RS1212, 코어부는 Nomex honeycomb로 구성되어 있다. 레이돔의 전파투과면 적층구조는 Fig.
- 본 연구의 레이돔 풍동실험 모형은 풍동의 폐쇄율을 고려하여 1:5 스케일의 모형으로 제작하였으며, 제작된 모형의 크기는 높이 837mm, 폭 370mm, 두께 125mm 이다. 모형의 외형은 아크릴로 제작되었으며, 레이돔 하부 연결부와 실린더 지지대는 충분한 강성 확보를 위하여 두랄루민(duralumin)으로 제작하였다.
- 0을 사용하여 수행하였으며, 사용된 요소는 적층 솔리드(Layered solid)요소를 이용하여 다층복합소재레이돔의 모델링을 수행하였다. 사용된 요소의 수는 286,470개이며, 다층복합소재 레이돔의 볼트 체결부는 3D spar, Multi-point constraint element를 이용하였다. Fig.
- 레이돔 모형에 작용하는 풍압을 측정하기 위하여±254mmAq까지 측정 가능한 PSI사의 8400 system 풍압측정 장비를 사용하였다. 실험 시에는 총 3개의 ESP-64HD 모듈을 사용하였고, ESP 모듈은 각각 64개의 채널을 가지고 있다. 압력 측정장치의 시스템 구성도는 Fig.
- 풍압 측정을 위해 정면, 측면, 평면 및 후면에 각각 84개 38개, 44개, 15개 총 181개의 풍압공을 설치하였으며, 정확한 풍압 측정을 위해서 모형 내부에 ESP module를 내장하였다. ESP module이 포함된 풍압실험 모형은 Fig.
데이터처리
- 다층 복합소재의 기계적 물성치는 Table 4와 같다. 구조해석은 상용 구조해석 프로그램인 ANSYS Ver.13.0을 사용하여 수행하였으며, 사용된 요소는 적층 솔리드(Layered solid)요소를 이용하여 다층복합소재레이돔의 모델링을 수행하였다. 사용된 요소의 수는 286,470개이며, 다층복합소재 레이돔의 볼트 체결부는 3D spar, Multi-point constraint element를 이용하였다.
- 본 연구에서는 레이돔의 합리적이고 경제적인 풍하중 산정을 위해 풍동실험을 수행하였고, 1:5의 축소 모형을 제작하고, 최대 풍속 26m/s 조건하에서 풍압과 공기력을 측정하였다. 이러한 풍동실험 결과를 바탕으로 상세 구조해석을 통해 기존의 설계 방법과 비교 분석하였다. 레이돔의 경우 약간의 곡률 및 코너 경사를 가지고 있으나, 풍압 및 공기력 실험 결과 레이놀즈수에 영향은 없는 것으로 나타났다.
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