[논문]항공기용 착륙장치 핸들의 진동 특성 개선에 관한 연구

강구헌; 안종무

doi:10.20910/jase.2018.12.2.59

항공기용 착륙장치 핸들의 진동 특성 개선에 관한 연구
Study on Vibration Characteristic Improvement of Aircraft Landing Gear Handle 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.2, 2018년, pp.59 - 65

초록
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항공기 구성품인 착륙장치 핸들은 항공기 이 착륙 시 착륙장치 작동을 위한 핵심적인 장비이다. 착륙장치 핸들의 개발을 위한 진동시험 중 착륙장치 핸들 내부의 브라켓 파손 현상이 발생하였다. 따라서 본 논문에서는 착륙장치 핸들 개발 시 수행한 진동시험 절차와 진동시험 중 발생한 결함사항에 대한 원인 분석, 설계 개선사항 그리고 검증 결과를 함께 기술하였다.

The landing gear (L/G) handle of an aircraft is an essential piece of equipment for aircraft take-off and landing. The bracket in the landing gear handle was fractured during a vibration test when developing the landing gear handle. This paper summarizes the vibration test procedures performed during landing gear handle development. A cause analysis, design improvements, and verification results of the fault in the vibration test are also provided.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 군용 고정익 항공기 조종실 내에 탑재하기 위해 개발 중인 랜딩기어 핸들의 발포진동 노출에 대한 신뢰성을 실험적으로 입증하기 위해 발포진동 시험을 수행하였으나, 시험 중 시제품의 내부 부품이 파손되었다. 이러한 문제점의 원인을 파악하고 이를 해결하고자 구조해석을 활용하였으며, 해석결과를 바탕으로 파손된 부위의 구조를 변경하였다.
본 논문에서는 군용항공기 랜딩기어 핸들의 신뢰성 검증을 위하여 항공기 기총 발포 시 유발되는 진동에 관한 발포진동 시험을 모사하였으며, 이에 대한 진동 시험 방법 및 그 결과를 기술하였다.
만약 뚜렷한 주파수를 찾을 수 없는 경우에는 해당 주파수 범위의 중앙값을 사용한다. 이는 기총 발포 상황이 특정 주파수의 사인파와 유사하다는데 착안하여 발포 진동이 구성품에 직접적인 영향을 미칠수 있는지에 대해 알아보기 위함이다.[1,5]

제안 방법

4장에서의 설계변경이 항공기 발포 진동에 적합한지 실험적으로 규명하기 위하여 변경 전 형상과 동일한 시험조건으로 재시험하였다.
Y축에 대한 진동시험 수행 결과, 랜딩기어 핸들이 기능점검 시 작동하지 않아 시험을 중단하고 고장탐구와 원인분석을 수행하였다. 구성품 분해 결과, 솔레노이드를 고정시켜주는 브라켓의 밴딩부가 파손된 것을 Fig.
프로파일의 좌측 축은 임의의 진동레벨 수준을 나타내기 위한 PSD(Power Spectral Density) 단위이고, 우측 축은 사인파의 진동 수준을 나타내기 위한 피크 단위이다. 각 축 방향으로 진동 노출 중 구성품 작동의 이상여부를 확인하기 위해 항공기 신호체계를 모사하는 시험 장비를 연결하여 랜딩기어 핸들의 전기적 신호를 확인하였다.
49의 안전율을 확보하였다. 또한 각 축의 Sine On Random 시험 이후 Table 1에 명시된 주파수에서의 공진 주파수를 찾고 해당 주파수에 일정한 크기의 사인파를 가하는 시험을 수행하였다. Fig.
7(b) 의 경우 브라켓이 솔레노이드 전체를 감싸는 형상으로 설계하여 보다 안정적으로 지지하도록 하였다. 또한 설계변경으로 인한 중량 증가를 최소화하면서 인장강도를 향상시키기 위해, 브라켓의 재질을 Table 4과 같이 SPCC에서 SUS304로 변경하였다. 이후, 수정된 브라켓 형상으로 동일한 조건에서 구조해석을 수행하였으며 그 결과는 Fig.
본 논문에서는 군용항공기 랜딩기어 핸들의 신뢰성 검증을 위하여 항공기 기총 발포 시 유발되는 진동에 관한 발포진동 시험을 모사하였으며, 이에 대한 진동 시험 방법 및 그 결과를 기술하였다. 또한, 시험 중 발생한 브라켓 파손의 원인 규명과 개선을 위해 구조해 석을 수행하였고, 해석 결과를 바탕으로 브라켓 설계 변경 및 변경된 형상으로 진동 시험을 반복 수행 하였 다. 이를 통해 랜딩기어 핸들은 항공기의 발포진동에 대한 진동 특성이 개선되었으며 구성품 신뢰성이 향상 되었음을 입증하였다.
브라켓 파손의 원인 분석을 위해 NASTRAN을 이용하여 구조해석을 실시하였다. 진동시험 시 Y축 방향으로 브라켓에 일정한 부하를 가하는 조건과 브라켓의 재질정보 (SPCC)를 입력한 후, 구속이 이루어지지 않은 상태로 가정 하여 해석을 수행하였으며 해석결과를 바탕으로 변형에 취약한 부분이 밝은 색상으로 표시되도록 하였다.
본 논문에서는 군용 고정익 항공기 조종실 내에 탑재하기 위해 개발 중인 랜딩기어 핸들의 발포진동 노출에 대한 신뢰성을 실험적으로 입증하기 위해 발포진동 시험을 수행하였으나, 시험 중 시제품의 내부 부품이 파손되었다. 이러한 문제점의 원인을 파악하고 이를 해결하고자 구조해석을 활용하였으며, 해석결과를 바탕으로 파손된 부위의 구조를 변경하였다. 마지막으 로, 변경된 시제품 형상에 대한 유효성을 입증하고자 동일조건에서 재시험을 수행하였으며 이후 육안점검및 기능점검을 통해 최종적으로 이상이 없음을 확인하여 변경된 랜딩기어 핸들의 신뢰성이 향상되었음을 실험적으로 입증하였다.
진동 시험 및 분석결과는 대상 구성품이 기총 발포 진동에 취약하다는 것을 보여준다. 이를 해결하기 위해, 진동에 취약한 내부 솔레노이드 브라켓을 아래의 사항을 고려하여 설계 변경을 수행하였다.
이어서 4.1에서 언급한 (3), (4)를 설계에 반영하기 위해 Fig. 9와 같이 솔레노이드 브라켓과 동일 재질의 흔들림 방지 브라켓을 추가적으로 적용하여 진동 떨림 방지와 응력을 분산시켰다. 흔들림 방지 브라켓의 효과를 확인하기 위해 랜딩기어 핸들 하우징에 두 브라 켓이 장착된 조건으로 해석을 수행하였고, 그 결과는 Fig.
브라켓 파손의 원인 분석을 위해 NASTRAN을 이용하여 구조해석을 실시하였다. 진동시험 시 Y축 방향으로 브라켓에 일정한 부하를 가하는 조건과 브라켓의 재질정보 (SPCC)를 입력한 후, 구속이 이루어지지 않은 상태로 가정 하여 해석을 수행하였으며 해석결과를 바탕으로 변형에 취약한 부분이 밝은 색상으로 표시되도록 하였다.
이후 나머지 축에 대해 위의 과정을 반복 수행한 다. 최종 시험 이후에는 최종 육안검사 및 기능점검을 통해, 항공기 발포진동에 대한 내성 여부를 최종 확인하게 된다. 결함 발생 시에는 해당 문제점을 개선하여 재시험을 수행하 여야 한다.
한 축에 대한 Sine On Random 시험과 6개의 사인파 진동시험 이후에는 시제품의 외관에 문제점이 없는지 육안으로 검사하고 구성품 기능점검을 통해 성능에 문제가 없는지 확인한다. 이후 나머지 축에 대해 위의 과정을 반복 수행한 다.
흔들림 방지 브라켓의 효과를 확인하기 위해 랜딩기어 핸들 하우징에 두 브라 켓이 장착된 조건으로 해석을 수행하였고, 그 결과는 Fig.

대상 데이터

본 논문에 사용된 구성품은 항공기 조종실에 장착되는 랜딩기어 핸들이며, 이·착륙 과정에서 착륙장치 (Landing Gear)를 작동시키는 작동장치 중 하나이다.

성능/효과

이러한 문제점의 원인을 파악하고 이를 해결하고자 구조해석을 활용하였으며, 해석결과를 바탕으로 파손된 부위의 구조를 변경하였다. 마지막으 로, 변경된 시제품 형상에 대한 유효성을 입증하고자 동일조건에서 재시험을 수행하였으며 이후 육안점검및 기능점검을 통해 최종적으로 이상이 없음을 확인하여 변경된 랜딩기어 핸들의 신뢰성이 향상되었음을 실험적으로 입증하였다.
10과 같다. 분석 결과는 힘이 가해지는 부분 115.9 N/mm²의 응력을 제외하고 고른 응력분포를 보여주었으며, 흔들림 방지용 브라켓이 솔레노이드 브라켓 밴딩부의 응력 분산에 효과가 있음을 확인할 수 있었다.
8 N/mm²로 나타났다. 이는 소재의 인장강도가 270.0 N/mm²이므로 파손이 발생하였으며, 해석과 실제결 과가 일치함을 확인할 수 있으며, 시험에서 나타난 절단선과 유사한 영역의 주변부가 외부의 힘에 취약하며, 쉽게 변형될 수 있음을 보여준다.
또한, 시험 중 발생한 브라켓 파손의 원인 규명과 개선을 위해 구조해 석을 수행하였고, 해석 결과를 바탕으로 브라켓 설계 변경 및 변경된 형상으로 진동 시험을 반복 수행 하였 다. 이를 통해 랜딩기어 핸들은 항공기의 발포진동에 대한 진동 특성이 개선되었으며 구성품 신뢰성이 향상 되었음을 입증하였다.
11은 각 축에서의 45 ~ 500Hz 공진 탐색 결과 그래프이며, 해당 탐색결과를 바탕으로 산출된 Table 5의 값을 시험 장비에 입력하여 진행하였다. 이후 구성품의 최종 육안점검 및 기능점검을 통해 구성품에 이상이 없음을 확인하였다.
재시험 수행 결과, 최초 형상에서 실패한 Sine On Random Y축과 함께 모든 축에서 1시간 동안 노출된 후에도 외관 및 성능에 문제점이 발견되지 않았다. 이때, 솔레노이드의 흔들림을 최소화 하여 하우징 접촉 부의 응력을 최소화하기 위해 브라켓 추가 적용하였 다.
진동 시험 및 분석결과는 대상 구성품이 기총 발포 진동에 취약하다는 것을 보여준다. 이를 해결하기 위해, 진동에 취약한 내부 솔레노이드 브라켓을 아래의 사항을 고려하여 설계 변경을 수행하였다.

후속연구

본 논문에서 도출된 결과는 향후 다른 항공기 구성 품의 개발 및 신뢰성 시험 시 참고 사례가 될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 실험에서는 어떻게 브라켓 파손의 원인 분석을 하였는가?	브라켓 파손의 원인 분석을 위해 NASTRAN을 이용하여 구조해석을 실시하였다. 진동시험 시 Y축 방향으로 브라켓에 일정한 부하를 가하는 조건과 브라켓의 재질정보 (SPCC)를 입력한 후, 구속이 이루어지지 않은 상태로 가정 하여 해석을 수행하였으며 해석결과를 바탕으로 변형에 취약한 부분이 밝은 색상으로 표시되도록 하였다.
	본 실험에서 응력 스트레스 분포 결과를 통해 얻은 결론은?	8 N/mm2로 나타났다. 이는 소재의 인장강도가 270.0 N/mm2이므로 파손이 발생하였으며, 해석과 실제결 과가 일치함을 확인할 수 있으며, 시험에서 나타난 절단선과 유사한 영역의 주변부가 외부의 힘에 취약하며, 쉽게 변형될 수 있음을 보여준다.
	본 실험에서 설계변경으로 인한 중량 증가를 최소하하면서 인장강 도를 향상시키기 위해 취한 행동은?	7(b) 의 경우 브라켓이 솔레노이드 전체를 감싸는 형상으로 설계하여 보다 안정적으로 지지하도록 하였다. 또한 설계변경으로 인한 중량 증가를 최소화하면서 인장강 도를 향상시키기 위해, 브라켓의 재질을 Table 4과 같이 SPCC에서 SUS304로 변경하였다. 이후, 수정된 브라켓 형상으로 동일한 조건에서 구조해석을 수행하였 으며 그 결과는 Fig.

참고문헌 (5)

USAF, "MIL-STD-810 Environmental Test Methods for Aerospace and Ground Equipment", Department of the Air Force, Jun 1962
RTCA, "DO-160 Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment", Radio Technical Commission for Aeronautics, Feb 1975
H. J. Yoo. and K. H. Byun. and K. Y. Park., "The Ground Vibration Test on an Aircraft and FE Model Update," Journal of KSNVE, vol. 8, no. 4, pp. 690-699, Aug 1998
K. H. Byun. and C. Y. Park. and J. H. Kim., "Ground Vibration Test of KF-16D," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 33, no. 5, pp. 41-49. May 2005
D. H. Cho. and C. Y. Park. and J. H. Kim., "Evaluation of Vibration Test Severity by FDS and ERS,," Proceedings of ISMA, pp. 1725-1735. 2010

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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