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광섬유 브래그 격자 센서 기반 실시간 구조 건전성 모니터링 연구 원문보기

소음진동 = Journal of KSNVE, v.26 no.3, 2016년, pp.18 - 29  

김진혁 (한국항공우주연구원) ,  권현석 (한국과학기술원) ,  김천곤 (한국과학기술원)

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문제 정의

  • 조종사들은 에일러론(aileron), 러더(rudder) 그리고 엘리베이터(elevator)와 같은 비행 조종 면을 조종함으로써 항공기 자세를 조절하며, 이는 항공기의 정적 평형상태를 바꾸기 때문에 주 날개의 하중 상태에 영향을 끼친다. 따라서 비행면의 조종이 주 날개 보의 하중 상태에 어떠한 영향을 끼치는지 비행중 변형률 측정 결과를 통해 살펴보았다.
  • 따라서 SHM 시스템의 항공기 적용은 항공기 검사에 대한 높은 신뢰성을 제공함과 동시에 정비 시간과 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 이 글에서는 한국과학기술원 항공우주공학과 스마트구조 및 복합재 연구실에서 김진혁 등이 수행한 광섬유 브래그 격자 센서 기반 실시간 구조 건전성 모니터링 연구에 대한 소개를 하고자 한다(1~3).
  • 추가적으로, 단일 센서를 이용한 충격위치 검출 가능성을 확인하기 위해 센서의 개수가 충격 위치 검출 성능에 미치는 영향을 살펴보았다. 그림 7의 결과에서, 정규화된 상호 상관관계 검사법을 이용한 충격위치 검출은 센서 개수 감소에 따라 평균 오차가 약간 증가하지만 높은 정확도를 보였으며, 정규화되지 않은 상호 상관관계 검사법은 센서 개수 감소에 따라 오차가 크게 증가하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
구조 건전성 모니터링의 특징은? 이를 위한 여러 노력 가운데서도, 구조건전성모니터링(SHM, structural health monitoring)에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 구조 건전성 모니터링은 대상 구조물의 주요 부위에 설치된 다양한 센서를 이용하여 구조 상태를 실시간으로 관찰할 수 있을 뿐 아니라 획득한 데이터의 분석을 통해 구조 건전성을 평가 및 진단할 수 있게 해줘, 항공기의 상태 기반 정비 시스템 구축을 가능하게 한다. 따라서 SHM 시스템의 항공기 적용은 항공기 검사에 대한 높은 신뢰성을 제공함과 동시에 정비 시간과 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다.
FBG 센서의 동작 원리는? 광섬유를 적외선에 노출시켜 광섬유 코어에 일정한 주기로 격자를 새겨 제작된 FBG 센서는 주기적인 굴절률 변화로 인해 빛의 특정 파장을 반사한다. 광섬유에 광대역 빛을 입사하면, 브래그격자 굴절률의 주기적인 변화로 인해 브래그 조건을 만족하는 특정 파장이 반사되고 나머지 파장은 광섬유를 통과하게 된다. 이 때, 브래그 격자에서 반사되는 빛의 파장을 브래그 파장이라고 하며 식 (1)과 같다.
SHM 시스템의 항공기 적용의 효과는? 구조 건전성 모니터링은 대상 구조물의 주요 부위에 설치된 다양한 센서를 이용하여 구조 상태를 실시간으로 관찰할 수 있을 뿐 아니라 획득한 데이터의 분석을 통해 구조 건전성을 평가 및 진단할 수 있게 해줘, 항공기의 상태 기반 정비 시스템 구축을 가능하게 한다. 따라서 SHM 시스템의 항공기 적용은 항공기 검사에 대한 높은 신뢰성을 제공함과 동시에 정비 시간과 비용을 효율적으로 감소시킬 수 있다. 이 글에서는 한국과학기술원 항공우주공학과 스마트구조 및 복합재 연구실에서 김진혁 등이 수행한 광섬유 브래그 격자 센서 기반 실시간 구조 건전성 모니터링 연구에 대한 소개를 하고자 한다(1~3).
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참고문헌 (6)

  1. API 684 2nd Ed, 2005, API Standard Paragraphs Rotordynamic Tutorial: Lateral Critical Speeds, Unbalance Response, Stability, Train Torsional, and Rotor Balancing. 

  2. 이안성, 1998, 핵심 회전설비의 신뢰성 보장을 위한 로터다이나믹 설계감리, 한국소음진동공학회지, 제8권, 제5호, 소특집: 회전체 구조물의 진동, pp. 775-783. 

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  3. Nicholas, J. C., 1996, Hydrodynamic Journal Bearings - Types, Characteristics and Applications, Mini Course Notes, 20th Annual Meeting, The Vibration Institute, Willowbrook, Illinois, pp. 79-100. 

  4. Nicholas, J. C., 1994, Tilting Pad Bearing Design, Proceedings of the 23rd Turbomachinery Symposium, Texas A&M Univ., pp. 179-194. 

  5. 이안성, 2013, 프로세스 고속 경량 원심 압축기의 로터다이나믹 안정성 강화를 위한 설계해석 - Part I: 베어링 설계의 영향, 한국윤활학회지, 제29권, 제6호, pp. 386-391. 

  6. 이안성, 2014, 프로세스 고속 경량 원심 압축기의 로터다이나믹 안정성 강화를 위한 설계해석 - Part II: 로터다이나믹 안정성 개선, 한국윤활학회지, 제30권, 제1호, pp. 9-14. 

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