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제안 방법
- 거니플랩의 탄성변형에 영향을 미칠 것으로 판단되는 모드로는 거니플랩의 운영방향인 플랩방향의 1차 모드와 거니플랩의 좌우 끝단이 각각 반대 운영방향으로 움직이는 토션 방향의 1차 모드를 예상하고 각 모드의 고유진동수를 확인하기 위한 시험을 수행하였다. 1차 플랩 모드 고유진동수 확인 시험 방법은 운영이 가능한 장착 상태의 거니플랩에 대해 중앙 끝단에 충격 하중을 부가하여 이 후에 발생하는 거니플랩 중앙 끝단의 변위를 일정 시간동안 레이저 변위계로 측정하여 초당 진동수를 확인하는 방법을 적용하였다. 마찬가지로 1차 토션 모드 고유진동수를 확인하기 위한 시험 방법으로는 거니플랩의 우측 끝단(좌측 끝단도 상관없음)에 충격 하중을 부가하고 이후에 발생하는 거니플랩의 우측 끝단의 변위를 일정 시간동안 레이저 변위계로 측정하여 진동수를 확인하는 방법을 적용하였다.
- 거니플랩의 고유진동수를 확인하기 위한 모드 시험을 수행하였다. 거니플랩의 탄성변형에 영향을 미칠 것으로 판단되는 모드로는 거니플랩의 운영방향인 플랩방향의 1차 모드와 거니플랩의 좌우 끝단이 각각 반대 운영방향으로 움직이는 토션 방향의 1차 모드를 예상하고 각 모드의 고유진동수를 확인하기 위한 시험을 수행하였다.
- 거니플랩의 고유진동수를 확인하기 위한 모드 시험을 수행하였다. 거니플랩의 탄성변형에 영향을 미칠 것으로 판단되는 모드로는 거니플랩의 운영방향인 플랩방향의 1차 모드와 거니플랩의 좌우 끝단이 각각 반대 운영방향으로 움직이는 토션 방향의 1차 모드를 예상하고 각 모드의 고유진동수를 확인하기 위한 시험을 수행하였다. 1차 플랩 모드 고유진동수 확인 시험 방법은 운영이 가능한 장착 상태의 거니플랩에 대해 중앙 끝단에 충격 하중을 부가하여 이 후에 발생하는 거니플랩 중앙 끝단의 변위를 일정 시간동안 레이저 변위계로 측정하여 초당 진동수를 확인하는 방법을 적용하였다.
- 먼저 AGF 작동기를 고정하기 위하여 정반에 고정 치구를 설치하고 AGF 작동기를 고정치구에 부착하였다. 그리고 거니플랩 끝단에 레이저 변위계를 사용하여 거니플랩의 작동거리를 측정하였다. 레이저 변위계의 신호는 오실로스코프를 통해 데이터 파일로 저장하여 거니플랩의 변위와 운영 속도를 후처리 작업을 통해 명확히 확인할 수 있도록 하였다.
- 그리고 황동부싱이 적용된 경계조건에서의 모드 시험 결과에 해석 결과를 맞추기 위하여 거니플랩의 유한요소 해석모델을 수정하였다. 거니플랩 해석모델의 힌지영역에 x, y, z방향으로 손쉽게 강성의 크기를 조절할 수 있는 1차원 부쉬 요소를 적용하여 경계조건을 구성하였다.
- 이 중 2차 관성모멘트를 늘리기 위해 단면의 형상을 변경할 경우 경계조건이 고정구속이 아닌 관계로 2차 관성모멘트 증가에 의한 고유진동수 증가 효과가 미미할 수 있다. 따라서 경계조건의 영향을 안 받고 중량 감소의 효과도 나타낼 수 있는 길이 축소 방법을 선정하였다.
- 1차 플랩 모드 고유진동수 확인 시험 방법은 운영이 가능한 장착 상태의 거니플랩에 대해 중앙 끝단에 충격 하중을 부가하여 이 후에 발생하는 거니플랩 중앙 끝단의 변위를 일정 시간동안 레이저 변위계로 측정하여 초당 진동수를 확인하는 방법을 적용하였다. 마찬가지로 1차 토션 모드 고유진동수를 확인하기 위한 시험 방법으로는 거니플랩의 우측 끝단(좌측 끝단도 상관없음)에 충격 하중을 부가하고 이후에 발생하는 거니플랩의 우측 끝단의 변위를 일정 시간동안 레이저 변위계로 측정하여 진동수를 확인하는 방법을 적용하였다. Fig.
- 헬리콥터 로터 블레이드에 적용하기 위한 AGF 작동기 설계를 위해 설계 요구도를 Table 1과 같이 설정하였다. 설계 요구도는 NACA 23012 에어포일을 적용한 BO-105 헬리콥터 블레이드 장착을 기준으로 거니플랩의 적용 위치, 크기 그리고 작동속도에 대한 파라미터 연구를 통해 최적의 성능을 낼 수 있도록 설정하였다.
- 설계가 완료된 AGF 작동기를 실제 제작한 후, 성능 요구도를 만족하는지 확인하기 위하여 지상 작동시험을 수행하였다. 먼저 AGF 작동기를 고정하기 위하여 정반에 고정 치구를 설치하고 AGF 작동기를 고정치구에 부착하였다.
- 이 결과는 회전 기능을 수행해야 하는 힌지영역에 황동부싱 적용을 통해 y, z방향의 강성을 증가시켜 1차 플랩 모드의 주파수를 증가시켰음을 보여준다. 이 결과를 바탕으로 AGF 작동기의 지상작동시험을 다시 수행하여 거니플랩의 탄성변형 발생 여부를 확인해 보았다.
- 이 논문에서는 최대 35 Hz의 운영속도를 요구도로 가지는 AGF 작동기에 대해 지상작동시험을 통해 고속 운영 시 탄성변형이 발생함을 확인하고 이를 최소화하기 위한 AGF 작동기의 형상변경 사항 및 이에 따른 시험/해석 결과를 기술하였다. AGF 작동기에 조립된 거니플랩에 대해 1차 플랩 및 토션 모드 확인 시험을 수행하여 1차 플랩 모드의 고유진동수가 5/rev 운영주파수에 가까움을 확인하였다.
- 이 연구에서는 고속 운영 상태에서 탄성변형이 발생하는 AGF 작동기의 탄성변형 원인을 확인하고 탄성변형을 최소화 할 수 있도록 설계 변경을 수행하였으며, 모드해석을 통해 예측한 플랩방향 고유진동수 값을 시험을 통해 측정한 고유진동수 값과 비교하여 설계 변경의 효과를 확인하였다.
- 이러한 해석 결과를 바탕으로 형상 변경된 거니플랩을 제작하여 고유진동수 시험을 수행하였다. 시험 방법은 앞에서 설명한 방법과 동일한 방법으로 수행하였으며 Figs.
대상 데이터
- 2와 같이 AGF 작동기를 설계하였다. AGF 작동기를 구성하는 구성품들은 크게 거니플랩, linkage, DC 모터, 편심축 그리고 각종 베어링 등으로 구분되며, 각 구성품들의 회전축에는 radial bearing을, 회전 운영 시 원심력에 의해 축방향 하중을 받는 부분에는 thrust bearing을 적용하였다.
데이터처리
- 그 후 황동부싱 경계조건을 적용하여 모드해석을 수행하였다. 황동부싱 경계조건을 구현하기 위해서 앞서 2.
- 설계 변경된 거니플랩의 고유진동수를 예측하기 위해 모드해석을 수행하였다. 우선 고정구속 상태에서 모드해석을 수행하여 설계 변경으로 인한 고유진동수의 증가율을 확인하였다.
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