본문내용
1. 비행기 랜딩 기어 설계 및 과도해석
1.1. 서론
1.1.1. 대상 설정 및 해석 목표
항공기의 이륙 및 착륙을 담당하는 랜딩 기어는 이륙 후 공기 저항을 최소화하기 위해 항공기 동체 속으로 접히게 된다. 이후 착륙할 때 다시 동체 밖으로 펴지게 된다. 이번 과도해석에는 소형 RC항공기의 랜딩기어를 실측하여 제작하였다. 보고서에서는 비행기 랜딩기어가 접힐 때 발생하는 부품 각각의 응력 및 속도 분포를 확인하고, 과도 해석을 적용하여 랜딩 기어의 회전을 담당하는 부분의 응력 및 변형량을 분석한다. 더불어, 랜딩 기어의 파손 여부 및 작동 상태를 판단하는 것이 해석 목표이다.
1.1.2. 모델링 부품 소개
랜딩 기어의 주요 부품들은 PART1, PART2, PART3, PART4, PART5, PART6, PART7, PART8, PART9로 구성된다. PART1은 고정된 상부 프레임이며, PART2는 하부 프레임으로 상하 움직임을 담당한다. PART3은 슬라이드 기능을 하는 부품이고, PART4는 왕복 운동을 하는 부품이다. PART5는 PART4와 연결되는 부품이며, PART6은 바퀴를 연결하는 부품이다. PART7은 실제 바퀴이고, PART8은 PART7과 PART6을 연결하는 부품이다. 마지막으로 PART9는 이 시스템 전체를 연결하는 부품이다. 이러한 다양한 기계적 부품들이 상호 작용하며 랜딩 기어의 접힘과 펴짐 기능을 수행한다.
1.2. Rigid Dynamics 해석
1.2.1. Materials 설정
Structural Steel로 설정하였다. 부품에 가해지는 응력과 비교하기 위해 Structural Steel의 최대 인장강도가 460MPa임을 확인하였다.Structural Steel은 비행기 랜딩기어 부품의 재질로 선택되었다. Structural Steel의 최대 인장강도는 460MPa로, 본 해석에서 계산된 응력 수준과 비교하여 안전성을 확인하기 위해 이 값을 활용하고자 하였다. 랜딩기어 부품이 받는 응력이 Structural Steel의 인장강도 대비 어느 정도 수준인지를 파악하여 부품의 안전성을 판단하고자 하였다. Structural Steel은 일반적으로 비행기 구조물에 널리 사용되는 재료로, 강도와 내구성이 우수하여 랜딩기어 설계에 적합한 것으로 고려되었다.
1.2.2. Connection 설정
총 14개의 Joint를 설정하였고, BTG 1개, BTB-Fixed 3개, BTB-Revolute 9개, BTB-Translational 1개 적용하였다. 중요한 Joint에 대한 설명은 다음과 같다.
BTG – Fixed Joint는 아래 부분이 움직이기 때문에, 윗면에 BTG – Fixed Connection으로 설정하였다. 형상의 윗면에 BTG – Fixed를 적용하였다.
BTB– Fixed Joint는 원통형 실린더의 끝 부분을 고정하였다. 바퀴 결합부는 움직이지 않기 때문에, 원통형 실린더의 양 단을 고정하였다.
BTB – Revolute Joint는 총 9개의 Joint에 적용하였다. 고정되어있는 파트를 Reference, 움직이는 파트를 Mobile로 설정하였다. 원통형 구멍에 핀을 박는 형태이기 때문에, 구멍의 안쪽면을 Scope로 지정하였다. 각속도가 주어지는 Joint이다.
BTB – Translational Joint는 슬라이드 운동을 표현하였다. 한쪽 부분은 Fixed Joint로 설정하여 고정시켰고, Transitonal Joint에서 Reference는 내부 원기둥면으로 설정하였고, Mobile은 원기둥의 윗면으로 설정하였다.
이와 같이 다양한 종류의 Joint를 설정하여 랜딩기어의 작동 메커니즘을 구현하였다.
1.2.3. Transient Data 설정
Transient Data 설정이란 비행기 랜딩기어의 과도 운동에 대한 해석을 수행하기 위해 시간에 따른 하중 및 경계조건을 설정하는 것이다.
먼저 중력 설정(Standard Earth Gravity)을 통해 전체 구조물에 중력이 작용하도록 하였다. 중력 방향은 -Y 방향으로 설정하였다.
그다음 각속도 설정(Joint- Rotational Velocity)을 하였는데, Step을 총 4단계로 나누고 각 Step마다 시간을 1초씩 설정하여 총 4초의 해석을 진행하였다. 각속도는 처음 2초 동안 증가하다가 이후 2초 동안 감소하도록 설정하였다. 구체적으로 Step 0에서는 0 rad/s, Step 1에서는 0.55 rad/s, Step 2에서는 0.7 rad/s, Step 3에서는 0.35 rad/s, Step 4에서는 다시 0 rad/s의 각속도를 부여하였다.
이와 같이 중력과 각속도 하중을 시간에 따라 변화하는 형태로 설정함으로써, 비행기 랜딩기어의 접힘 운동에 따른 동적 거동을 보다 사실적으로 모사할 수 있었다.
1.2.4. Rigid Dynamics Solution
Rigid Dynamics 해석에서는 All Body의 변형량을 계산하였고, 그 결과 각속도를 받는 Joint의 변형량이 크게 나타났다"이다. 이를 통해 정해진 매커니즘대로 랜딩 기어가 올바르게 작동함을 확인하였다.
더불어 각 부품별 각속도의 변화를 Velocity Probe를 통해 확인하였는데, 2초에서 대부분의 부품들의 속도가 최대가 되는 것으로 나타났다.
이처럼 Rigid Dynamics 해석을 통해 랜딩 기어의 전체적인 거동을 확인할 수 있었으며, 각속도가 걸리는 Jo...
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