선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 단일 완충기 및 세 가지 올레오식 2중 완충기 거동을 예측하고 그 특성을 비교 분석하기 위해 첫 단계 연구[11]에서 제안된 수학적 모델을 기반으로 수치해석 알고리듬을 구성하였다. 구성된 알고리듬은 MSC/ADAMS 사용자 서브루틴을 통해 구현하였으며, 이를 활용하여 압축/팽창 시험 및 낙하시험에 대한 각종 수치모사 해석을 수행하였다.
가설 설정
- 낙하시험 수치모사 해석은 타이어가 지면에 닿는 순간부터, 완충 후 타이어가 지면에서 떨어지는 순간까지 수행하였으며, 착륙 시 항공기무게와 양력이 동일하다는 가정 하에 중력과 양력은 고려하지 않았다.
- 이때 타이어가 해석 결과에 미치는 영향을 최소화하기 위해 타이어는 선형으로 가정하였으며 이를 Fig. 7에 도시하였다.
제안 방법
- A형, B형, C형 올레오식 2중 완충기에 대하여 스트로크 속도를 균일하게 유지시키며 압축/팽창 해석을 수행하였다. 해석은 0.
- 본 연구에서는 단일 완충기 및 세 가지 올레오식 2중 완충기 거동을 예측하고 그 특성을 비교 분석하기 위해 첫 단계 연구[11]에서 제안된 수학적 모델을 기반으로 수치해석 알고리듬을 구성하였다. 구성된 알고리듬은 MSC/ADAMS 사용자 서브루틴을 통해 구현하였으며, 이를 활용하여 압축/팽창 시험 및 낙하시험에 대한 각종 수치모사 해석을 수행하였다.
- 이로 인해 단 변화가 발생하는 시점의 경우 이전 단계의 값인 PhDet를 통해 단 거동을 예측하고 이를 통해서 다시 구한 압력 Ph*가 단 거동을 판별하는 판별식을 만족하지 않을 수 있다. 그러므로 이를 다시 보정할 수 있도록 보정 알고리듬을 추가하였다.
- 다만, A형과 B형 올레오식 2중 완충기와 달리 C형 올레오식 2중 완충기의 경우 하부 오리피스가 부가적으로 존재하기 때문에, C형 완충기의 하부 오리피스 면적을 상부 오리피스 면적의 1/2배(Aorf2_half와 Âorf2_half)와 2배(Aorf2_double과 Âorf2_double) 크기로 설정하고 이 두 가지 경우에 대해 모두 해석을 수행하였다.
- 다양한 조건에서 2중 완충기의 완충 특성을 고찰하기 위해 상부 질량과 초기 속도를 변화시키면서 Fig. 5의 우측에 도시한 바와 같은 낙하시험 수치모사 해석을 수행하였다.
- 다음으로는 위의 제원으로 모델링된 올레오식 2중 완충기(A형 한 개 모델, B형 한 개 모델, C형 두 개 모델)에 대하여 아래 Fig. 5에 도시한 바와 같이 균일한 스트로크 속도 하에서의 압축/팽창 수치모사 해석과 낙하 수치모사 해석을 수행하였다.
- 동일한 조건하에서 종류에 따른 2중 완충기특성을 비교하기 위해 세 가지 2중 완충기 모두에 대해 동일한 제원과 동일한 초기부피 및 초기압력을 가지도록 설정하였다. 다만, A형과 B형 올레오식 2중 완충기와 달리 C형 올레오식 2중 완충기의 경우 하부 오리피스가 부가적으로 존재하기 때문에, C형 완충기의 하부 오리피스 면적을 상부 오리피스 면적의 1/2배(Aorf2_half와 Âorf2_half)와 2배(Aorf2_double과 Âorf2_double) 크기로 설정하고 이 두 가지 경우에 대해 모두 해석을 수행하였다.
- 본 절에서는 낙하시험 시 착륙 속도의 변화에 따른 올레오식 2중 완충기 거동 특성을 비교하기 위해 상부 질량은 2,500kg으로 고정하고 착륙속도를 변화시켜가며 낙하시험 수치모사 해석을 수행하였다. 이때 착륙 속도는 모든 유형의 완충기가 단일 완충기로 작동하는 2.
- 본 절에서는 이상의 세 가지 올레오식 2중 완충기에 대해 첫 단계 연구[11]에서 제안한 모델방정식을 기반으로 주어진 입력 조건에 대해 완충기 내부 압력 Ph와 가스 챔버 높이 변화율 ẋ1, ẋ2 를 결정할 수 있는 알고리듬을 구성하였다.
- 상부 질량의 차이에 따라 각 완충의 특성이 어떻게 변하는지 고찰하기 위해 하강 속도를 3m/s로 고정하고 상부 질량을 변화시켜가며 낙하시험 수치모사 해석을 수행하였으며, 그 결과를 Table 6과 Fig. 8에 도시하였다. 이때 완충효율은 흡수된 에너지를 최대 하중과 최대 스트로크의 곱으로 나누어준 비율로 정의하였다[1].
- 이에 본 논문에서는 첫 단계 연구[11]에서 제안한 세 가지 올레오식 2중 완충기 모델 방정식을 기반으로 수치해석 알고리듬을 구성하고, 사용자 서브루틴을 구현하여 완충기 거동을 해석하였다. 세 가지 올레오식 2중 완충기에 대해 속도 및 질량 조건을 달리해가며 압축/신장시험 및 낙하시험에 대한 거동을 수치적으로 해석하였으며, 해석 결과의 비교 분석을 통해 올레오식 2중 완충기 형태에 따른 완충거동 특성을 고찰하였다.
- 스트로크 변화율, 상부질량, 착륙 하강속도 등을 변화시켜가며 다양한 해석을 수행하였으며, 이를 통해 각 올레오식 단일 완충기 및 2중 완충기 특성을 비교 분석하였다.
- 올레오식 2중 완충기 거동을 해석할 수 있도록, 앞서 기술한 완충기 종류별 알고리듬을 이용하여 MSC/ADAMS 상용 다물체 동역학 해석 소프트웨어의 사용자 서브루틴을 구현하였다. 사용자 서브루틴에서는 제안된 알고리듬을 통해 매 시간 증분단계의 반복계산 과정에서 챔버 압력 Ph와 높이 변화율 # ,#를 구한 후 이를 통해 계산된 완충기 내력을 본 프로그램에 전달하게된다.
- 이를 위해 우선 Pa1=Pa2, Pa1>Pa2, Pa2>Pa1인 경우로 구분한 후, Ph의 크기에 따라 다시 이들을 각각 다음과 같이 세분화하도록 하자.
- 이에 Fig. 13에서는 C형 2중 완충기의 하부 오리피스 면적 Aorf2를 Ah로, Âorf2를 Aa2로 증가시킨 후 낙하시험 수치모사 해석을 수행하였으며, 이를 B형 2중 완충기로부터 얻은 결과와 비교하였다.
- 이에 본 논문에서는 첫 단계 연구[11]에서 제안한 세 가지 올레오식 2중 완충기 모델 방정식을 기반으로 수치해석 알고리듬을 구성하고, 사용자 서브루틴을 구현하여 완충기 거동을 해석하였다. 세 가지 올레오식 2중 완충기에 대해 속도 및 질량 조건을 달리해가며 압축/신장시험 및 낙하시험에 대한 거동을 수치적으로 해석하였으며, 해석 결과의 비교 분석을 통해 올레오식 2중 완충기 형태에 따른 완충거동 특성을 고찰하였다.
- 이에 본 절에서는 우선적으로 올레오식 단일 완충기 거동을 모사할 수 있는 알고리듬을 구성하였다. 수학적 모델은 첫 단계 연구[11]에서 유도한 바와 같이 (1-3)식으로 나타낼 수 있다.
- A형, B형, C형 올레오식 2중 완충기에 대하여 스트로크 속도를 균일하게 유지시키며 압축/팽창 해석을 수행하였다. 해석은 0.15m/s, 0.6m/s, 1.2m/s 세 가지 스트로크 속도로 수행하였으며, 세 경우 모두 스트로크가 30cm될 때까지 완충기를 압축시켰다가, 다시 반대 방향으로 동일한 크기의 스트로크 속도로 팽창시키면서 해석을 수행하였다. 이를 통해 얻은 스트로크-내력 곡선은 Fig.
이론/모형
- 5m/s일 때에는 B형과 C double형의 경우 스트로크가 한계에 도달하게 되면서 구속력 Fstop이 발생하게 되고 이로 인해 비정상적으로 큰 하중이 발생하게 된다. 이때 300mm를 넘는 수치는 구속을 위배한 정도로서 구속력이 이에 비례하여 발생할 수 있도록 벌칙함수법[18,19]을 적용하였다. 또한 최대하중은 4.
성능/효과
- 13에서는 C형 2중 완충기의 하부 오리피스 면적 Aorf2를 Ah로, Âorf2를 Aa2로 증가시킨 후 낙하시험 수치모사 해석을 수행하였으며, 이를 B형 2중 완충기로부터 얻은 결과와 비교하였다. 결과로부터 알 수 있는 바와 같이 하부 오리피스 면적을 증가시킴에 따라 C형 2중 완충기의 하부 오리피스 효과가 사라지고 이에 따라 B형 2중 완충기와 동일한 거동을 보이게 됨을 확인할 수 있다.
- 이에 비해 2중 완충기는 메커니즘의 특성으로 인해 최대 하중이 작아지는 반면 최대 스트로크가 커지는 특성을 가지는데 이때 단일 완충기에 비해 효율이 증가하기보다는 감소하는 경향을 보인다. 그러나 실제 항공기 구조물에는 과도한 하중이 가해질 경우 손상이 발생할 수 있으므로 필요할 경우 2중 완충기를 적절히 활용함으로써 비록 최대 스트로크가 증가하는 단점을 감안하더라도 구조적으로는 안전하게 착륙을 할 수 있음을 확인할 수 있다.
- 이는 내부 압력변화 메커니즘 분석을 통해 원인을 규명하였으며 이로 인해 A형 2중 완충기는 비교적 단일 완충기에 가까운 특성을 가지는 것을 확인하였다. 그리고 효율이 높은 단일 완충기의 특성에 가까운 만큼 대체적으로 효율이 높은 것을 확인하였다.
- 단일 완충기의 사용자 서브루틴은 기존 문헌 [2]과 비교하여 거동에 차이가 없음을 검증하였으며 기존 문헌이 없는 2중 완충기 거동의 경우에는 알고리듬 단계마다 matlab 프로그램과 결과를 비교하여 사용자 서브루틴을 검증하였다.
- 15m/s인 경우와 달리 압축과 팽창 시 거동이 확연히 다름을 관찰할 수 있다. 또한 스트로크 속도가 커짐에 따라 에너지 감쇠에 해당하는 히스터리시스 폐곡선의 면적도 커지는 것을 확인할 수 있다. A형의 경우에는 압축거동에서 팽창거동으로 변할 때 내력이 급격히 감소하는 것을 확인할 수 있으나, B형의 경우에는 팽창거동이 시작될지라도 급격한 내력 변화가 발생하지 않음을 확인할 수 있다.
- 이때 300mm를 넘는 수치는 구속을 위배한 정도로서 구속력이 이에 비례하여 발생할 수 있도록 벌칙함수법[18,19]을 적용하였다. 또한 최대하중은 4.5m/s를 제외한 모든 속도에 대해 단일 완충기에서 가장 크게 발생하였으며, 2중 완충기 중에서는 A형 2중 완충기에서 가장 크게 발생하였다. 한편 최대 스트로크는 B형에서 가장 크게 발생하였다.
- C형의 경우에는 압축거동에서 팽창거동으로 바뀌는 시점과 완충기 2단 거동이 끝나는 시점 모두에서 내력이 크게 변하는 것을 관찰할 수 있다. 또한 하부 오리피스의 면적을 조절한 C형 모델의 결과로 부터 하부 오리피스 면적을 키울수록 B형의 거동과 유사해지며, 작아질수록 A형과 일부 유사한 특성이 나타남을 확인할 수 있다. 그리고 이러한 사실로부터 C형 2중 완충기의 하부오리피스 면적을 조절하여 완충 특성을 변화시킬 수 있음을 알 수 있다.
- 마지막으로 C형 2중 완충기의 경우 하부 오리피스의 면적에 따라 그 특성이 변하게 되는데 본 연구에서 수행한 모든 착륙조건에 대해서 B형 2중 완충기에 비해 C double형 또는 C half형 2중 완충기의 최대 하중과 최대 스트로크가 작고 효율이 높은 것을 확인하였다. 즉, C형 2중 완충기는 A형 2중 완충기보다 2중 완충기의 특성을 잘 살릴 수 있음과 동시에 요구되는 착륙조건에 따라 하부 오리피스 면적을 적절히 설계함으로서 B형 2중 완충기보다 최대하중과 최대스트로크가 작고 효율이 높은 완충기의 설계가 가능하다는 것을 의미한다.
- 스트로크 속도 1.2m/s에 대한 해석 결과로부터도 앞서 언급한 A, B, C형 2중 완충기 거동 특성을 다시 확인할 수 있으며, 스트로크 속도 증가로 인해 에너지 감쇠량이 더욱 커짐을 확인할 수 있다.
- A형 2중 완충기의 경우 다른 유형의 2중 완충기에 비해 최대하중이 크고 최대 스트로크가 작은 것을 확인하였다. 이는 내부 압력변화 메커니즘 분석을 통해 원인을 규명하였으며 이로 인해 A형 2중 완충기는 비교적 단일 완충기에 가까운 특성을 가지는 것을 확인하였다. 그리고 효율이 높은 단일 완충기의 특성에 가까운 만큼 대체적으로 효율이 높은 것을 확인하였다.
- 이상의 결과들로부터 최대하중의 경우 대체적으로 A형에서 가장 크게 나타나며, 최대 스트로크의 경우 대체적으로 B형에서 가장 크게 나타남을 알 수 있다. 또한 C형의 경우 하부 오리피스를 변경하여 그 특성을 변화시킬 수 있음을 확인하였다.
- 마지막으로 C형 2중 완충기의 경우 하부 오리피스의 면적에 따라 그 특성이 변하게 되는데 본 연구에서 수행한 모든 착륙조건에 대해서 B형 2중 완충기에 비해 C double형 또는 C half형 2중 완충기의 최대 하중과 최대 스트로크가 작고 효율이 높은 것을 확인하였다. 즉, C형 2중 완충기는 A형 2중 완충기보다 2중 완충기의 특성을 잘 살릴 수 있음과 동시에 요구되는 착륙조건에 따라 하부 오리피스 면적을 적절히 설계함으로서 B형 2중 완충기보다 최대하중과 최대스트로크가 작고 효율이 높은 완충기의 설계가 가능하다는 것을 의미한다.
- 착륙속도가 2.5m/s일 때는 모든 유형의 완충기가 단일 완충기처럼 작용한 것을 확인할 수 있으며, A형의 경우에는 3m/s일 때도 단일완충기로만 작용한 것을 확인할 수 있다. 착륙 속도가 4.
- 최대 스트로크는 상부질량이 2,500kg이상일 경우 B형에서 가장 크게 발생하였고, 상부질량이 2,000kg이하일 경우에는 C형 Double모델에서 가장 크게 발생하였다. 하지만 상부 질량 2,000kg이하일 경우에도 B형과 C형 Double모델의 최대 스트로크 차이가 무시할 만한 크기라는 점을 고려할 때 B형 2중 완충기가 상대적으로 큰 스트로크를 갖는다고 할 수 있다.
- 최대하중의 경우 모든 상부질량에 대해 단일완충기에서 가장 크게 발생하였으며, 2중 완충기 중에서는 상부질량이 3,000kg일 경우에는 A형 완충기가, 3,500kg일 경우에는 B형 완충기가 상대적으로 큰 최대하중을 가짐을 알 수 있다.
- 해석 결과 B형과 C형의 경우 모든 해석에 대해 2단 거동이 발생하였으나 A형의 경우 상부 질량이 2,500kg일 때 까지 단일완충기로만 작용하였음을 확인할 수 있으며, 이로부터 A형이 단일 완충기와 가장 유사한 특성이 있음을 유추할 수 있다.
후속연구
- 본 연구를 통해 확인된 단일 완충기 및 2중 완충기 유형별 특성을 바탕으로 항공기 착륙장치 개발 시 요구되는 착륙조건이나 기체 구조물의 하중 허용범위 등을 고려하여 적절한 완충기를 선정하고 설계하는데 있어서 기초 자료로서 적극 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 이러한 이유로 말미암아 C형 2중 완충기의 경우 B형 2중 완충기에 비해 다소 최대 스트로크가 작아지게 경향을 가지게 된다. 이러한 C형 하부 오리피스 관련 특성을 적절히 활용하면 요구되는 착륙조건에 따라 완충성능을 조절할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.