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다양한 착륙환경변수를 고려한 달착륙선 착륙안정성 평가
Evaluation of Landing Stability of Lunar Lander Considering Various Landing Conditions 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.2, 2018년, pp.124 - 132  

정현재 (Chonbuk National University) ,  임재혁 (Chonbuk National University) ,  김진원 (Korea Aerospace Research Institute)

초록
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본 논문에서는 다양한 착륙환경변수를 고려한 달착륙선의 착륙안정성 평가를 수행하였다. 달착륙선의 착륙안정성에 대한 판단 기준을 안정착륙, 미끄러짐(Sliding)으로 인한 조건부 안정착륙, 전복(Tip-over)으로 인한 불안정착륙으로 3가지로 분류하였다. 특히 달착륙선 전복 각도 예측을 위해 달착륙선이 착륙할 때 무게중심이 낮아지고, 착륙장치의 풋패드 간격이 늘어나는 현상을 고려하는 변수를 사용하여 준정적 전복해석식을 정리하였다. 이 결과를 상용유한요소 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 달착륙선의 유한요소 모델해석을 통해 얻은 결과와 비교하여 타당성 및 정확성을 검증하였다. 검증된 유한요소모델을 착륙자세, 횡방향속도, 지면의 각도, 마찰계수 등 다양한 환경변수에 따른 해석을 실시하고 그 경향성에 관해 검토하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, landing stability evaluation of lunar lander considering various landing conditions was performed. The status of landing stability of the lunar lander is classified into stable landing, conditionally stable landing due to sliding and unstable landing due to tip-over. In particular, th...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 달착륙선의 수직속도 3 m/s는 미국의 Apollo 프로젝트의 문헌을 참고하여 결정하였다[7]. 또한 달착륙선이 알루미늄 허니콤을 포함하는 경우와 포함하고 있지 않은 경우에 따라서도 그 경향성을 확인하였다. 아울러 앞에서 유도한 미끄러짐 해석식과 전복해석식과 그 결과를 비교하였다.
  • 불안정착륙인 전복은 달착륙선이 경사가 급한 지면에 착륙하게 되는 순간 달착륙선이 뒤집히는 현상을 의미한다. 본 논문에서는 달착륙선의 미끄러짐 현상과 전복 현상을 유도된 전복해석식과 유한요소모델을 이용한 해석을 통해 예측하고 비교 검증하였다.
  • 본 논문에서는 한국형 달착륙선의 착륙안정성 평가를 위해 달착륙선의 유한요소모델을 이용하여 달착륙선 착륙안정성 평가를 실시하였다. 기존에 수행되어졌던 연구에서 고려되지 않았던 달착륙선 충격흡수장치의 압축변형 및 풋패드 간격의 변화를 고려한 전복해석식을 정리하였다.
  • 본 논문에서는 한국형 달착륙선의 착륙안정성 평가를 하였다. 달착륙선의 착륙안정성에 대한 판단 기준을 안정착륙, 미끄러짐(Sliding)으로 인한 조건부 안정착륙, 전복(Tip-over)으로 인한 불안정착륙으로 3가지로 분류하였으며, 상용유한 요소 구조해석 프로그램인 ABAQUS를 사용하여 분석하였다.

가설 설정

  • 2-2 착륙자세일 때 L=1925 mm, h=375 mm, 1-2-1 착륙자세일 때 L=2616 mm, h=375 mm이다. 달착륙선의 전복예측을 위해 완전 전개 상태와 전개 전 상태의 중간상태로 가정하여 L*와 h*를 정의하였다. 따라서 2-2 착륙자세일 때 L*=1668 mm, h*=582 mm, 1-2-1 착륙자세일 때 L*=2306 mm, h*=582 mm를 수식에 대입하여 전복해석을 수행하였다.
  • 2는 Hexcel사의 여러 가지 알루미늄 허니콤 중에서 충격흡수량이 작은 3가지를 선정하여 구한 하중변위(F-δ)그래프이다. 압축력은 압축강도에 압축면적을 곱하여 구하였고, 변위는 알루미늄 허니콤의 원래 길이의 75%까지 줄어들면서 압축강도(Crush strength)에 해당하는 충격을 흡수할 수 있다고 가정하여 구하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
달의 진공 환경에서 유압식 및 전자기식 충격흡수장치를 사용하지 못함에 따라 사용하는 것은? 달의 진공 환경에서는 자동차, 항공기에 일반적으로 사용되는 유압식 및 전자기식 충격흡수장치를 사용할 수 없다. 따라서 진공 환경에서도 사용가능하며, 가볍고 에너지 흡수량이 큰 알루미늄 허니콤이 적절하다. 실제로 해외의 Apollo호, Surveyor호 와 같은 많은 달착륙선은 트러스 내부에 알루미늄 허니콤을 삽입하여 트러스 길이가 줄어들면서 에너지를 흡수하는 메커니즘을 구현하였다[2].
충격흡수장치가 착륙선의 필수적인 요소인 이유는? 달착륙선은 착륙할 때 강한 충격하중을 받게 되는데, 이로 인한 탑재장비의 파손을 막고 착륙선 본체의 전복을 방지할 수 있는 충격흡수장치는 착륙선의 필수적인 요소이다. 달의 진공 환경에서는 자동차, 항공기에 일반적으로 사용되는 유압식 및 전자기식 충격흡수장치를 사용할 수 없다.
충격에너지 흡수용 알루미늄 허니콤의 특징은? 충격에너지 흡수용 알루미늄 허니콤은 유압식 및 전자기 방식의 에너지 흡수장치보다 가볍고 효율이 높으며, 에너지를 흡수하는 동안 힘이 일 정히 유지되지만 일회성이라는 특징이 있다[3]. 본 논문에서 사용한 달착륙선의 알루미늄 허니 콤은 해외의 알루미늄 허니콤 전문 기업인 Hexcel사의 알루미늄 허니콤 정보를 이용하여 선정하였다[4].
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참고문헌 (11)

  1. "Research on Conceptual Design of Lunar Spacecraft and Core Technologies for Lunar Exploration," Korea Aerospace Research Institute. 2011. 

  2. Kim, W. S., Kim, S. W., Hwang, D. S., "Development Trend of Shock- Absorbing Landing gear for Lunar Lander," Current Industrial and Technological Trends in Aerospace. Vol. 9, No.1, 2011, pp.119-129. 

  3. Yu, S. H., Park, J. H., Kim, H. D., Park, J. S., Lim, J. H., Kim, S. H., "Prediction to Shock Absorption Energy of Aluminum Honeycomb using finite element method and drop test," Proceeding of The Korean Society For Aeronautical And Space Sciences Spring Conference. April 2012, pp.1163-1168. 

  4. "HexWeb Honeycomb Attributes and Properties," Hexcel Composites. 1999. 

  5. Pham, V. L., Zhao, J., Goo, N. S., Lim, J. H., Hwang, D. S., Park, J. S., "Landing Stability Simulation of a 1/6 Lunar Module with Aluminum Honeycomb Dampers," International Journal of Aeronautical and Space Sciences, Vol. 14, No. 4, 2013, pp.356-368. 

  6. "Next lunar lander with in-situ science and mobility : phase a mission study, lunar environment specification," European Space Agency, 2008. 

  7. William F. Rogers, "Apollo Experience Report-Lunar Module Landing Gear Subsystem," NASA TN D-6850, Manned Spacecraft Center, 1972. 

  8. Yuanyuan Liu, Shunguang Song, Ming Li, Chunjie Wang, "Landing stability analysis for lunar landers using computer simulation experiments," International Journal of Advanced Robotic Systems, Nov. 2017, pp.1-15. 

  9. Ahmet Sahinoz, "Landing Gear Design and Stability Evaluation of a Lunar Lander for Soft Landing," Proceedings of the Bennett Conference on Mechanical Engineering, 2012. 

  10. Oh, M. H., Cho, Y. M., Lee, H. J., Cho, J. Y., Kim, S. W., Hwang, D. S., "Sequential Approximate Optimization of Shock Absorption System for Lunar Lander by using Quadratic Polynomial Regression Meta-model," Proceeding of The Korean Society For Aeronautical And Space Sciences Fall Conference. November, 2010, pp.355-358. 

  11. Thomas D. Gillespie, "Fundamentals of Vehicle Dynamics," Society of Automotive Engineers Inc., 1992. 

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