[논문]연속충격을 고려한 발사대 반응특성 해석

임오강; 유완석; 최은호; 류재봉; 이창훈; 김상근

연속충격을 고려한 발사대 반응특성 해석
Analysis for Response of Launcher System with Continuous Impact Load 원문보기

임오강 (부산대학교 기계공학부) , 유완석 (부산대학교 기계공학부) , 최은호 (부산대학교 기계공학부 대학원) , 류재봉 (부산대학교 기계공학부 대학원) , 이창훈 (부산대학교 기계공학부 대학원) , 김상근 (부산대학교 기계공학부)

A three dimensional multibody modeling of a launcher system was developed and dynamic characteristics of the system was carried out. All the components were modeled as rigid bodies, All the components of system, ie; chassis, turret, cage and suspension parts, are modeled as rigid. The force interaction between the ground and tire was modeled as a point contact model. The factors were selected as cause and effect diagram of the MINITAB. To see effect of the stiffness, damping, mass at the launcher system, several cases of suspension parameters were compared and optimal values were selected. The stiffness and the damping coefficient were selected as design variables to minimize the required time for the next fire. The dynamic simulation was carried out using the ADAMS, and the MINITAB was employed for data analysis.

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문제 정의

따라서 발사각이 0°일 때의 결과를 목표치 안에 들어갈 수 있도록 치명인자를 조절하고 그 추이를 살펴보기로 한다.
발사대모델의 동적특성에 영향을 미치는 관리 가능한 인자는 K, C, M 세 가지 인자이며, K와 M은 클수록 동적특성에 안정적이고, C는 60 N·s/mm에서 가장 좋은 결과를 보여준다. 본 결과를 토대로 인자변경 후에 목표치에 도달할 수 있는지를 살펴보았다. 입력조건은 주효과분석의 결과에 비추어 스프링 상수는 450 N·m/deg, 감쇠계수는 60.
본 연구에서는 발사대와 같은 다물체계(multibody system) 동역학적 모델링과 터렛 및 케이지에 일정한 구동이 주어지고 충격력이 작용할 경우의 발사대 거동을 해석하고, 연속 발사 시동특성을 파악하고 개선하였다. 상용프로그램인 ADAMS를 통해 모델링하고 해석하였다.

가설 설정

스프링상수는 150N·m/deg, 감쇠계수는 30 N·sec/mm로 가정하였다.
스프링상수는 150N·m/deg, 감쇠계수는 30 N·sec/mm로 가정하였다. 현수장치와 지면의 마찰 데이터6)는 정지마찰계수의 경우 0.94로, 운동마찰계수의 경우 0.74로 가정하였다.

제안 방법

K, C, M에 관하여 전체 각 항목의 수준을 3수준으로 정하고 실험계획법을 실행하였다. K와 C의 하한은 최저지상고의 최소값에서 2배씩 증가하게 설계하였고, M은 자주포가 알루미늄합금 재질로 이루어질 경우와, 고장력강 재질로 이루어질 경우를 고려하여 3수준으로 설계하였다.
K, C, M에 관하여 전체 각 항목의 수준을 3수준으로 정하고 실험계획법을 실행하였다. K와 C의 하한은 최저지상고의 최소값에서 2배씩 증가하게 설계하였고, M은 자주포가 알루미늄합금 재질로 이루어질 경우와, 고장력강 재질로 이루어질 경우를 고려하여 3수준으로 설계하였다. 설계된 실험법을 바탕으로 ADAMS를 이용하여 정적 특성을 해석한 결과 값을 입력하여 주효과 분석및 교호작용을 검사하였다.
상용프로그램인 ADAMS를 통해 모델링하고 해석하였다. 또한 MINITAB을 이용하고, 실험계획법을 사용하여 발사대 모델의 성능에 영향을 미치는 인자를 통계학에 기초한 주효과, 교호작용 분석을 통하여 선정하고, 이를 이용하여 모델의 성능이 개선되는 인자들의 요건을 제시한다.
발사효율과 충격시 안정화 시간감소를 위해 특성요인도를 통해 잠정인자를 선발하였다. 두 개의 세분화 된 특성에 대해, 성능에 영향을 미치는 큰 요소를 환경, 재료, 방법, 설계, 형상 등으로 나누고 그와 관계된 잠정인자를 추론해보면 Fig.
설계된 실험법을 바탕으로 ADAMS를 이용하여 정적 특성을 해석한 결과 값을 입력하여 주효과 분석및 교호작용을 검사하였다.
15 s임을 확인할 수 있다. 여기서 연속사격을 고려하여 실험을 하였다. 실험 조건은 선행 실험과 동일하며, 충격하중의 경우, Fig.
발사대 모델에 있어서, 제한된 제원으로 K, C, M이 정적특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 시물레이션을 통해 알 수 있었다. 여기서, 발사대모델의 동적특성은 지면과 수직한 방향의 진동과 발사대의 각도의 변화 및 시간으로 발사대 모델의 성능을 가늠할 수 있는 수단으로 사용하였다.
주효과 분석에서 C항목에 대해 관심을 가질만한 결과를 얻을 수 있었다. 이 때문에 C항목을 5수준으로 변경하여 DOE를 새롭게 적용하고 선행 과정을 반복하였다.
이런 점에서 0°~70°까지 10°간격, 45°에서 발사대모델의 정적특성을 살펴보았다.
입력조건은 주효과분석의 결과에 비추어 스프링 상수는 450 N·m/deg, 감쇠계수는 60.0 N·s/mm, 그리고 샤시의 질량은 30 ton으로 설정하였다.
케이지에서는 Fig. 2와 같이 발사 시 충격하중이 가해지도록 하였으며, 0° 수직사격에서 70° 고각사격까지 10°씩 발사각을 변화하며 시뮬레이션 하였다.

대상 데이터

발사대는 Fig. 1과 같이 강체로 가정한 1개의 샤시, 터렛, 케이지와 14개의 바퀴로 구성되어 있다.

데이터처리

상용프로그램인 ADAMS를 통해 모델링하고 해석하였다.
주효과분석의 데이터가 얼마나 신뢰할 수 있는 지를 살펴보기 위해 교호작용분석을 하였다. 이를 통해 각 인자 간에 관계를 파악하고, 인자 간 상호작용이 일어나고 있는 정도를 알아볼 수 있다.

성능/효과

안정화 시간에 영향을 미치는 작용은 독립적인 형태와 더불어, K, C의 상호작용을 확인할 수 있었으며, 진동의 폭에는 K와 M 인자의 상호작용을 확인할 수 있었다.
발사대 시스템의 동적 특성에 영향을 미치는 인자들은 K, C, M으로 각 인자들이 모델에 미치는 영향은 상호작용도 있고, 독립적인 영향도 있었지만, 비교적 독립적인 형태를 뛰는 것으로 들어났다. K와 M은 클수록 정적특성에 향상을 가져왔고, C는 일정한 값에서 정적특성 향상을 이끌어낼 수 있었다. 안정화 시간에 영향을 미치는 작용은 독립적인 형태와 더불어, K, C의 상호작용을 확인할 수 있었으며, 진동의 폭에는 K와 M 인자의 상호작용을 확인할 수 있었다.
발사대 모델에 있어서, 제한된 제원으로 K, C, M이 정적특성에 가장 큰 영향을 미치는 인자임을 시물레이션을 통해 알 수 있었다.
발사대 시스템의 동적 특성에 영향을 미치는 인자들은 K, C, M으로 각 인자들이 모델에 미치는 영향은 상호작용도 있고, 독립적인 영향도 있었지만, 비교적 독립적인 형태를 뛰는 것으로 들어났다. K와 M은 클수록 정적특성에 향상을 가져왔고, C는 일정한 값에서 정적특성 향상을 이끌어낼 수 있었다.
발사대모델의 동적특성에 영향을 미치는 관리 가능한 인자는 K, C, M 세 가지 인자이며, K와 M은 클수록 동적특성에 안정적이고, C는 60 N·s/mm에서 가장 좋은 결과를 보여준다.
이로써 발사대모델은 목표한 5 s이내로 들어갔으며, 연속사격에도 문제가 없음을 알 수 있다. 발사효율 면에서 초기모델보다 향상된 것을 확인할 수 있다. Fig.
설계된 실험법을 바탕으로 ADAMS를 이용하여 정적 특성을 해석한 결과 값을 입력하여 주효과 분석및 교호작용을 검사하였다. 주효과 분석에서 C항목에 대해 관심을 가질만한 결과를 얻을 수 있었다. 이 때문에 C항목을 5수준으로 변경하여 DOE를 새롭게 적용하고 선행 과정을 반복하였다.
그리고 K값과 C값 사이에서 교호작용을 입증하고 있다. 진동 폭에 대해 풀링을 실행해 본 결과, K와 C를 치명인자로 볼 수 있으며, K와 M사이에 교호작용이 비교적 크게 일어나고 있음을 알 수 있다.
05이하로 나타나면, 그 인자에 대해 유효한 데이터라는 것을 입증할 수 있다. 진동시간 데이터를 풀링한 후 데이터가 정규분포에 근사하는 것을 확인하였다. P-value의 경우, 유효하지 않은 교호작용을 풀링한 후에 p-value가 개선되는 것을 볼 수 있다.
진동시간은 7초에서 3.2초로 40% 감소되는 효과를 얻을 수 있었으며, 발사효율은 분당 6회에서 분당 15회로 2.5배의 효율 향상효과를 얻을 수 있었다.

후속연구

본 연구를 통하여 발사대 시스템의 주요인자 설계조건 변경에 따른 동적거동을 쉽게 확인할 수 있으리라 사료된다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

발사대 모델에서 중요한 점은 무엇인가?

발사대 모델에서 중요한 점은 어떤 관점에서 발사대 모델을 성능을 평가 할 것인가이다. 자주포에서 발사속도가 분당 최대 6발임을 알 수 있었으며, 이외에도 발사대모델에서 생각해볼 수 있는 것이 발사 후 발사대의 상태가 성능에 관계된 중요한 특성이라 할 수 있다.

발사대 모델의 동적 특성에 영향을 미치는 인자들은 무엇인가?

발사대 시스템의 동적 특성에 영향을 미치는 인자들은 K, C, M으로 각 인자들이 모델에 미치는 영향은 상호작용도 있고, 독립적인 영향도 있었지만, 비교적 독립적인 형태를 뛰는 것으로 들어났다. K와 M은 클수록 정적특성에 향상을 가져왔고, C는 일정한 값에서 정적특성 향상을 이끌어낼 수 있었다. 안정화 시간에 영향을 미치는 작용은 독립적인 형태와 더불어, K, C의 상호작용을 확인할 수 있었으며, 진동의 폭에는 K와 M 인자의 상호작용을 확인할 수 있었다.

발사대의 설계에는 어떤 분야가 연관되어 있는가?

발사대의 설계에는 형상 및 구조설계, 구동장치와 발사대의 기구학적 설계, 현수장치의 방식, 발사대의 동역학적해석과 발사대의 자세변화에 따른 자동위치제어 등의 여러 분야가 복잡하게 연관되어 있다1),2).

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