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문제 정의
- 그러나 이러한 장점에도 불구하고 특이점(Singularity) 문제와 모멘텀휠의 진동 유발 저감에 따라 성능이 크게 영향을 받는다. 따라서 본 연구에서는 모멘텀휠의 진동 유발 원인과 해결방안을 얻기 위해 설계 과정에서 정밀모델링을 통하여 모멘텀휠에서 발생하는 교란력과 교란토크에 대한 실험적 및 해석적 분석을 수행하였다.
- 교란토크와 출력토크의 비가 휠 속도에 비례하여 증가하므로, 고출력을 위하여 CMG 휠의 회전속도를 증가시키는 경우 교란토크는 회전속도 제곱에 비례하여 커지게 됨을 해석적으로 유도하였다. 본 연구의 동역학모델링 결과는 CMG 제작 및 실험을 통하여 검증되고 논의되었다.
- 이상적인 휠과 달리 실제 휠의 불균형은 휠의 질량중심이 기하학적 중심에서 벗어난 경우와 휠의 관성모멘트에 대한 주축이 기하학적 축인 x'y'z'축에 어긋난 경우이다. 이 특성을 모델링하기 위하여 그림 2와 같이 점질량을 배치하여 동적ㆍ정적 불균형을 고찰해보자.
가설 설정
- 본 연구에서는 실제 질량중심이 x'y' 평면에 존재한다고 가정하였다.
- 여기에 축방향에 대한 휠의 진동을 모델링하기 위하여 휠 중심으로부터 거리 d k 및 d b에 스프링상수 k/2 및 감쇠계수 b/2의 스프링과 댐퍼 네 개가 각각 그림 2와 같이 대칭으로 놓인다고 가정한다.
- 이상적인 휠에 진동 및 회전이 없는 경우 관성좌표계가 짐벌축과 휠 회전축, 그리고 두 축에 수직인 축으로 관성좌표계가 놓인다고 가정하자. 휠의 회전축인 Z축 방향의 휠의 회전속도를 Ω라 하고 이 값은 일정하다.
- 짐벌의 관성모멘트는 일반적으로 무시할 수 없는 값을 갖지만, 짐벌의 회전속도인 #이 휠 각 속도에 비해 매우 작으므로 무시될 수 있다고 가정한다. 여기에 축방향에 대한 휠의 진동을 모델링하기 위하여 휠 중심으로부터 거리 d k 및 d b에 스프링상수 k/2 및 감쇠계수 b/2의 스프링과 댐퍼 네 개가 각각 그림 2와 같이 대칭으로 놓인다고 가정한다.
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