본 논문은 항공기용 EHA의 열유동 해석모델을 개발하고 활용하는 사례를 보여준다. 연구진행 절차는 다음과 같다. 첫째, 설계 컨셉에 맞는 물리량을 반영하는 유압단품 해석모델을 개발한다. 둘째, 유압단품 모델을 조합하여 EHA 유압모델로 확장한다. 셋째, 열유동이 포함된 해석모델을 개발하여 초기온도와 부하의 변화에 따른 유온의 상승시간을 검토한다. 마지막으로, 여러 케이스의 열유동 해석결과가 조합된, 설계에 활용이 가능한 지배그래프를 작성하여 제안한다. 이 모든 과정은 상용 소프트웨어인 AMEsim을 사용하여 진행한다.
본 논문은 항공기용 EHA의 열유동 해석모델을 개발하고 활용하는 사례를 보여준다. 연구진행 절차는 다음과 같다. 첫째, 설계 컨셉에 맞는 물리량을 반영하는 유압단품 해석모델을 개발한다. 둘째, 유압단품 모델을 조합하여 EHA 유압모델로 확장한다. 셋째, 열유동이 포함된 해석모델을 개발하여 초기온도와 부하의 변화에 따른 유온의 상승시간을 검토한다. 마지막으로, 여러 케이스의 열유동 해석결과가 조합된, 설계에 활용이 가능한 지배그래프를 작성하여 제안한다. 이 모든 과정은 상용 소프트웨어인 AMEsim을 사용하여 진행한다.
This study attempts to show an example of developing and applying thermal hydraulic simulation model for Aircraft-EHA. The overview of research procedure is as in the following. First, The unit hydraulic simulation model, which reflects physical quantity answering engineer's purpose is developed. Se...
This study attempts to show an example of developing and applying thermal hydraulic simulation model for Aircraft-EHA. The overview of research procedure is as in the following. First, The unit hydraulic simulation model, which reflects physical quantity answering engineer's purpose is developed. Second, The unit hydraulic simulation model is combined, and then branched out to EHA hydraulic model. Third, a simulation model including flow thermal is developed, and then oil temperature rise time according to 'initial temperature and load' is examined. Finally, the master graph that can be used for designing EHA combined with thermal hydraulic analysis results in several cases is compiled, and suggested. AMESim, commercial software, is used through whole procedure.
This study attempts to show an example of developing and applying thermal hydraulic simulation model for Aircraft-EHA. The overview of research procedure is as in the following. First, The unit hydraulic simulation model, which reflects physical quantity answering engineer's purpose is developed. Second, The unit hydraulic simulation model is combined, and then branched out to EHA hydraulic model. Third, a simulation model including flow thermal is developed, and then oil temperature rise time according to 'initial temperature and load' is examined. Finally, the master graph that can be used for designing EHA combined with thermal hydraulic analysis results in several cases is compiled, and suggested. AMESim, commercial software, is used through whole procedure.
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문제 정의
본 논문에서는 시제품 제작 이전 단계에서 EHA의 기본성능을 검토할 수 있는 해석모델을 개발하였고, 열유동 해석모델로 확장하여 기본 유압 해석모델과의 비교를 통해 신뢰성을 확보하였다. 신뢰성이 확보된 열유동 해석모델을 활용하여 부하조건과 초기온도를 변화시켜가며 작동유 권장사용영역의 한계 유온인 135℃에 도달하는 시간을 해석했다.
본 논문은 EHA의 열유동 해석모델을 개발하여 부하조건 변화에 따른 유온상승 시간을 알아보고 동작시간을 제안하는데 궁극적인 목적이 있다. 사용된 해석도구는 상용 소프트웨어인 AMESim이다.
제안 방법
6과 같다. T-N 선도 사양을 이용하여 모델링 하였으며, 함수 처리를 통해 토크에 대한 전류 사양도 표현 가능하다.
신뢰성이 확보된 열유동 해석모델을 활용하여 부하조건과 초기온도를 변화시켜가며 작동유 권장사용영역의 한계 유온인 135℃에 도달하는 시간을 해석했다. 그리고 수합된 해석데이터를 바탕으로 EHA의 열부하 특성을 하나의 지배그래프로 나타내었다.
본 논문에서는 시제품 제작 이전 단계에서 EHA의 기본성능을 검토할 수 있는 해석모델을 개발하였고, 열유동 해석모델로 확장하여 기본 유압 해석모델과의 비교를 통해 신뢰성을 확보하였다. 신뢰성이 확보된 열유동 해석모델을 활용하여 부하조건과 초기온도를 변화시켜가며 작동유 권장사용영역의 한계 유온인 135℃에 도달하는 시간을 해석했다. 그리고 수합된 해석데이터를 바탕으로 EHA의 열부하 특성을 하나의 지배그래프로 나타내었다.
앞에서 개발한 단품 모델을 이용하여 EHA 시스템에 대한 모델링을 수행하였다.
13과 같다. 이 해석모델에 4in/s 사인파 형태의 입력신호를 주고 부하의 크기와 초기온도를 가감해가며 온도의 상승 시간을 검토하였고, 그로부터 얻은 열부하 해석의 지배그래프는 Fig. 14와 같다. 여기서 135℃를 기준으로 삼은 이유는 작동유 유온의 권장사용영역의 한계점이기 때문이다.
1과 같다. 폐회로에서 발생할 수 있는 누유로 인한 성능저하를 방지하기 위하여 어큐뮬레이터를 설치하였으며, 펌프와 BLDC모터를 각각 2대씩 배치하였다. 이러한 설계는 두개의 펌프중 하나가 작동하지 않아도 엑추에이터는 동작이 가능하게 하여 안전을 최우선으로 한 설계이다.
2와 같다. 회전 방향에 따른 누설 특성을 반영한 모델로 펌프 회전 방향에 따라 B port 또는 A port 유량 토출 및 누설을 고려하여 모델링하였다.
대상 데이터
본 논문은 EHA의 열유동 해석모델을 개발하여 부하조건 변화에 따른 유온상승 시간을 알아보고 동작시간을 제안하는데 궁극적인 목적이 있다. 사용된 해석도구는 상용 소프트웨어인 AMESim이다.
후속연구
향후 시제품을 제작하여 열부하 시험을 수행할 필요가 있으며, 이로부터 얻은 시험 데이터와 해석결과를 비교하여 열유동 해석모델을 시험결과와 근접한 수준으로 튜닝해야 한다. 최종적으로 시험결과와 매칭(matching)된 EHA 열유동 해석 모델을 이용하여 EHA 운전 조건에 대한 다양한 동적 특성 등을 분석해야하며 EHA 구성 유압부품 및 회로 최적화 설계에 대한 추가 연구가 필요하다.
향후 시제품을 제작하여 열부하 시험을 수행할 필요가 있으며, 이로부터 얻은 시험 데이터와 해석결과를 비교하여 열유동 해석모델을 시험결과와 근접한 수준으로 튜닝해야 한다. 최종적으로 시험결과와 매칭(matching)된 EHA 열유동 해석 모델을 이용하여 EHA 운전 조건에 대한 다양한 동적 특성 등을 분석해야하며 EHA 구성 유압부품 및 회로 최적화 설계에 대한 추가 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
액추에이터는 무엇을 결정하는가?
항공기에 장착되는 부품들은 타 기계에 사용되는 부품보다 훨씬 더 높은 수준의 안정성과 빼어난 제어성능을 갖춰야 한다. 특히 항공기 날개의 움직임을 결정하는 액추에이터는 탑승자의 생명을 좌우한다 해도 과언이 아니다. 빠른 속도로 운항되는 항공기의 날개는 바람에 의하여 상시 큰 반력을 받고 있기 때문에, 이를 원활하게 제어하기 위해서는 강인한 내구성과 높은 동력전달 성능을 자랑하는 유압시스템의 적용이 필요하다(Jang, 2011a, 2011b).
항공기에 장착되는 부품 중 유압부품의 특징?
현재 항공기에 사용되는 유압부품들은 대규모의 중앙 집중식 유압구동장치를 사용하고 있으나, 항공기 내부의 공간 활용 면에서 상당히 효율이 떨어진다. 특히 유압펌프로부터 실린더까지의 물리적인 거리차이로 인하여 긴 배관이 들어가기 때문에 밸브와 같은 유압부품이 소형화 되어도 전체 유압시스템의 체적은 매우 큰 편이다. 이러한 기술적인 한계를 극복하기 위해서는 유압 모터, BLDC(brushless dc)형 고속 서보 모터, 축압기, 각종 보조 밸브, 유압 실린더가 하나로 집적되어 외부 유압 공급 없이 전기신호의 입력만으로 유압 실린더의 변위가 제어 가능 한 통합형 작동기가 필요하며, 이를 EHA(Electro Hydrostatic Actuator)라고 한다(Lee et al.
항공기에 장착되는 부품들은 타 기계에 사용되는 부품보다 더 필요한 점은 무엇인가?
항공기에 장착되는 부품들은 타 기계에 사용되는 부품보다 훨씬 더 높은 수준의 안정성과 빼어난 제어성능을 갖춰야 한다. 특히 항공기 날개의 움직임을 결정하는 액추에이터는 탑승자의 생명을 좌우한다 해도 과언이 아니다.
참고문헌 (8)
J. S. Jang., "Development of Analysis Model for Characteristic Study of Fluid Power System in Injection Molding Machine", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, vol.8 No.4 pp.1-8, 2011.
J. S. Jang., "Characteristics Analysis of the Fluid Power System for a Double-color Injection Molding Machine Development", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, vol.8 No.4 pp.24-31, 2011.
Y. C. Kwon. and Y. S. Hong., "Hybrid control of the swash plate-type variable displacement hydraulic piston pump for an EHA", journal of Korean Society for Aeron zautical Sciences, KSAS, vol.41 No.4 pp.291-298, 2013.
Y. H. Park. and S. H. Park., "Identification and Control of Position Control System for Electro-Hydraulic Actuator (EHA)", journal of Korean Society for Power System Engineering, KSPSE, vol.15 No.2 pp.69-77, 2011.
J. M. Lee., S. H. Park., M. G. Park. and J. S. Kim., "A Position Control of EHA Systems using Adaptive PID Sliding Mode Control Scheme", journal of Korean Society for Power System Engineering, KSPSE, vol.17 No.4 pp.120-130, 2011.
S. H. Park., "Characteristics of an Electro Hydrostatic Actuator and Application Fields", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, vol.6 No.1 pp.2-10, 2009.
G. H. Jung., "Start and Stop Characteristics of Single-Rod Electro-Hydrostatic Actuator", journal of Korea Society of Mechanical Engineers, KSME, A vol.35 No.11 pp.1483-1490, 2011.
Y. H. Yoon., J. S. Jang. and Y. S. Lim., "Analysis Model Development for Hydraulic Component and System Design", journal of Korea Society of Fluid Power & Construction Equipments, KSFC, vol.9 No.1 pp.56-69, 2012.
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