신뢰성 향상을 위한 대형 위성의 가상 진동 시험 기술동향

임종민(Im, Jong-min),우성현(Woo, Sung-hyun),은희광(Eun Hee-kwang),전종협(Jun, Jong-hyub) 한국항공우주연구원 2019 항공우주산업기술동향 Vol.17 No.1

발사 과정에서 위성의 구조적 건전성을 검증하기 위하여, 가진 시설을 이용하여 진동 시험을 수행하게 된다. 특히 위성의 대형화로 인하여 위성과 진동 시험 시설과의 상호 작용이 진동 시험에 주요한 이슈가 되고 있다. 최근에는 진동 시험 과정에서 발생할 수 있는 동적 거동과 문제점을 분석하고 진동 제어 성능을 향상시키기 위하여 가상 진동 시험 기법이 주요 우주환경 시험시설에서 연구되어지고 있다. 가상 진동 시험은 가진 시설, 제어 시스템 및 인터페이스 구조 등 진동 시험 과정에서 위성의 동적 거동에 영향을 주는 모든 변수를 고려하여 진동 시험 과정을 해석적으로 예측하는 절차이다. 본 논문에서는 주요 시험시설에서 수행 중인 가상 진동 시험의 연구 현황을 살펴보고, 특히 에스텍 사례를 통하여 가상 진동 시험 접근 방법에 대해 소개하고자 한다. In order to verify the structural integrity of spacecraft during launch, vibration test is performed by using vibration test facility. As spacecraft become massive structure, the interaction between spacecraft and vibration test facility has been a critical issue in vibration test. Recently, in order to understand the dynamic behavior and possible problems during vibration test and to increase the vibration control performance, virtual shaker testing has been investigated in some test facilities. Virtual shaker testing means simulating the vibration test by taking into account all parameters which might impact the dynamic behavior of spacecraft such as shaker facility, control system and interface structure. In this paper, we presented the status of virtual shaker testing at major test facilities and the virtual testing approach which has been applied in ESTEC.

항공기용 외부연료탱크 출렁임 및 진동시험

김현기,김성찬,안수홍,하병근 한국소음진동공학회 2024 한국소음진동공학회 논문집 Vol.34 No.1

During flight, a significant load is applied on the internal components of the external fuel tank owing to fuel slosh and engine vibration. In severe situations, the slosh load and vibration can damage or malfunction main components, and adversely affect the safety of the aircraft as well as the survival of the crew. Therefore, components such as an external fuel tank are mounted on an aircraft after the structural integrity is verified. In this paper, a qualification test is conducted to verify the structural integrity of the external fuel tank against sloshing and vibration conditions. The test requirements, test procedure, and equipment used in the test are described in the main text. Subsequently, the structural integrity of the test fixture fixing the test specimen is verified through vibration analysis. During the test, the internal pressure of the test specimen and excitation frequency are monitored to check whether the test conditions are satisfied. From the test results, the satisfaction of the test requirements is confirmed through the analysis of the accelerometer data, the leakage check through the pressure test, and the disassembly inspection. 항공기 기동 중에는 연료의 출렁임과 엔진 진동에 의해 외부연료탱크 내부 구성품들에 상당한 하중이 작용하게 된다. 심각한 상황에서는 구성품이나 배관의 파손이 발생할 수도 있으며, 항공기 안전 뿐만 아니라 승무원의 생존에도 악영향을 미칠 수가 있다. 따라서, 외부연료탱크와 같은 항공기용 구성품은 인증시험을 통해 출렁임 하중과 진동 요구도에 대한 구조 건전성이 입증되어야만 항공기에 장착될 수 있다. 본 논문에서는 미군사 규격에서 규정하는 출렁임과 진동조건에 대해 외부연료탱크의 구조 건전성을 입증하기 위해 수행한 출렁임 및 진동시험 결과를 제시하였다. 본문에서는 시험 요구도, 시험 절차 그리고 시험에 사용되는 장비에 대해 설명하였다. 그리고, 시험체를 출렁임 및 진동시험 장비에 고정하는 시험치구에 대한 진동해석을 수행하여 해당 시험치구의 구조 건전성을 점검하였다. 또한, 시험체의 내부압력과 가진 주파수를 실시간으로 모니터링하여 시험조건 만족여부를 확인하였다. 시험 결과로, 시험체에 설치한 가속도계 데이터 분석과 누설점검 등을 통해 시험 요구조건의 만족 여부를 확인하였고, 출렁임 및 진동으로 인한 시험체의 시험체의 시험체의 구조적 결함 발생 여부를 확인하였다.

진동절연재로 보강된 기둥부재의 진동저감효과 및 구조적 거동분석

김진호,이나현,허진호,김희규 한국구조물진단유지관리공학회 2016 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.20 No.4

For elevated railway station on which track is connected with superstructure of station, structural vibration level and structure-borne-noise level has exceeded the reference level due to structural characteristics which transmits vibration directly. Therefore, existing elevated railway station is in need of economical and effective vibration reduction method which enable train service without interruption. In this study, structural vibration non-transmissible system which is applied to vibroisolating material for column member is developed to reduce vibration. That system is cut covering material of the column section using water-jet method and is installed with vibroisolating material on cut section. To verify vibration reduction effect and structural performance for structural vibration non-transmissible system, impact hammer test and cyclic lateral load test are performed for 1/4 scale test specimens. It is observed that natural period which means vibration response characteristics is shifted , and damping ratio is increased about 15~30% which means that system is effective to reduce structural vibration through vibration test. Also load-displacement relation and stiffness change rate of the columns are examined, and it is shown that ductility and energy dissipation capacity is increased. From test results, it is found that vibration non-transmissible system which is applied to column member enable to maintains structural function. 궤도가 역사의 상부에 위치하여 열차운행으로 인하여 발생한 진동이 직접 전달되는 선하역사에서 구조물 진동과 이로 인한 구조물 기인 소음이 기준치보다 높은 것으로 나타남에 따라, 기존 선하역사에 대하여 열차 운행의 중단 없이 진동저감이 가능한 경제적, 효율적 방안이 요구된다. 이에 본 연구에서는 진동전달 경로상의 기둥에 워터젯 공법으로 기둥단면에서 피복재 부분을 파쇄한 후 진동전달 절연기능을 가지는 에폭시 소재의 방진재를 보강하여 진동을 저감시키기 위한 구조진동절연시스템을 개발하였다. 방진재의 보강체적을 변수로 한 진동절연시스템을 실제역사 기둥의 1/4축소모형에 적용하고, 충격가진 시험을 통한 진동저감 성능과 횡하중 반복가력시험을 통한 구조적 성능을 검증하고자 하였다. 충격가진 실험결과로부터 구조진동절연시스템을 적용할 경우 고유 진동주기가 하향되어 진동응답 특성이 변화되고 감쇠비는 약 15~ 30%까지 증가를 나타내어 진동저감 성능이 있음을 알 수 있었다. 또한 반복하중 가력에 의한 구조성능 실험에서 하중-변위 및 강성변화에 대한 고찰과 연성도 및 에너지 소산의 증가를 보인 결과로 부터 구조부재로의 기능을 유지함을 확인 할 수 있었다.

헬리콥터 기체 능동진동제어시스템 개발을 위한 진동 Open-loop 시험 결과와 시뮬레이션 결과 비교

김태주,김도형,백승길,곽동일,정세운 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

헬리콥터 기체에 적용할 능동진동제어시스템 개발을 위해 헬리콥터 기체를 모사하는 진동시험설비를 구축하고 로터 진동과 반진동하중(Counter-Vibration Force)을 대표하는 진동하중작동기를 구성하였다. 진동시험을 통해 각 진동원의 가진에 대한 응답 특성을 확인하고 LMS 업데이트 방정식을 이용하여 각 진동원으로부터 센서까지의 전달함수를 도출하였다. 예측된 전달함수를 이용하여 입력되는 가진 신호에 대한 센서의 진동신호를 예측하고 두 가진원을 동시에 가동시켰을 때의 진동신호를 시뮬레이션 하였다. 또한 시험설비를 통해 두 가진원을 동시에 가동시키는 open-loop 진동시험을 수행하여 센서에서 측정된 진동신호를 시뮬레이션 결과와 비교하였다. For helicopter fuselage active vibration control system development, vibration test facility which similar to helicopter fuselage was constructed and vibration load actuator which represent to vibration source and counter vibration force. From vibration test, response characteristic about each vibration source was verified and transfer function was calculated using LMS Update Equation. Using the transfer function, vibration signal at sensor by each vibration source was predicted and response by simultaneous vibration of two source was simulated. And open-loop vibration test which is actuated two vibration source was conducted and test results was compared with simulation results.

진동시험에 의한 154kV 변압기 부싱의 동특성 분석 및 내진성능 평가

조양희,조성국 한국지진공학회 2006 한국지진공학회논문집 Vol.10 No.5

지진과 같은 재난이 발생하였을 때에도 전력설비는 그 본래의 기능을 상실하지 않고 구조적인 안정성을 유지해야 하는 핵심 산업시설물이다. 이 연구는 가장 대표적인 전력설비인 154kV 변압기에 부착된 애자형 부싱의 진동특성과 내진성능을 분석하였다. 연구의 목적에 따라 국내에서 운용하던 실제 154kV 변압기 부싱을 대상으로 30tonf 용량의 진동대를 이용하여 진동시험이 실시되었다. 진동시험은 동특성분석시험과 내진성능시험 그리고 파괴한도시험으로 구분하고, 각각의 시험에는 정현소인파, 인공지진파 그리고 연속공진정현파를 진동대운동으로 입력하였다. 이 논문에는 시험에 사용된 시편과 진동설비의 특성 그리고, 시험 방법 및 종류를 설명하고, 시험 결과 얻어진 계측자료의 특성에 대하여 논의한다. 이 연구를 통하여 국내에서 운용중인 154kV 변압기 부싱은 그 고유진동수가 20Hz 이상인 고진동수 설비이며, 감쇠비는 4%미만인 것으로 분석되었다. 또한, 특별한 경우를 제외하고, 변압기 부싱은 국내의 설계기준지진에 대하여 충분한 내진안전성을 보유하고 있으며, 강한 공진운동에 의해 예상되는 부싱의 최초 파괴모드는 하단 개스킷의 파손인 것으로 밝혀졌다. The power supply system is one of the most important infrafacilities which should maintain their inherent function during and after earthquakes. This study was performed to analyze dynamic characteristics and seismic performance of Korean typical 154kV transformer porcelain bushing. For the purpose of this study, actual 154kV porcelain bushings were selected and tested on the shaking table. The vibration tests consist of modal identification tests, seismic performance tests, and fragility tests. The sine sweep waves, artificial earthquake waves, and continuous resonant sine waves were used as shaking table motions. This paper describes the test specimens, shaking facilities, and test methods. Natural frequencies and damping ratios of the bushing have been evaluated from the experimental data. The failure mode and the performance level of the Korean transformer bushing have been first identified in this study.

경남 창원시 진해 지역의 발파진동 예측에 관한 연구

이충원(Lee, Chung-Won) 한국방재학회 2017 한국방재학회논문집 Vol.17 No.4

국가기반시설의 확충을 위한 발파 등 각종 건설공사에 기인한 진동 문제는 민원에 의해 그 중요성이 점증하고 있는 실정이다. 진동은 대표적인 환경피해 요인으로, 건설방재적 관점에서도 대단히 큰 의미를 갖는다. 본 연구에서는 경남 창원시 진해 지역에서 실규모 시험발파를 수행하여 심발발파 종류에 따른 파쇄암의 입경을 분석하고, 이에 대한 진동 계측 결과를 통해 신뢰수준 95%의 자승근식을 발파진동 추정식으로 제안하였다. 실규모 시험발파 결과와 비교시, 거리에 따른 발파진동 추정치는 미 광무국 식이 실규모 시험발파 결과보다 보수적인 것으로 확인되었다. 따라서, 현장 여건을 고려한 최적의 발파설계를 위해서는 실규모 시험발파를 통한 진동의 계측 및 이에 근거한 발파진동 추정식을 도출할 필요가 있다. 그러나, 터널 굴착 등의 실제 발파시에는 진동을 함께 계측함으로써 주변의 보안물건에 피해가 발생하지 않도록 유념하여야 할 것이다. Vibration problems due to a number of construction works including blasting for infrastructure development are getting important because of a civil appeal. Vibration is representative factor of environmental damage, hence, this has great meaning to prevent potential disasters. In this study, through the real-scale test blasting performed at Jinhae area, Changwon, Gyeongnam, the diameter of blasted rock was analyzed with blasting method, and square root equation(SRE) with 95% confidence level was proposed for prediction of blasting-induced vibration. From the comparison between tendencies of blasting-induced vibration with distance, it was confirmed that the predicted blasting-induced vibration by USBM(U.S. Department of Interior, Bureau of Mines) equation was more conservative than that by proposed equation based on the real-scale test blasting. Therefore, measuring vibration and determining equation for prediction of blasting-induced vibration through the real-scale test blasting are needed for optimal blast design considering field condition. However, in the case of real blasting including tunnel excavation, measuring vibration is required for damage prevention to surrounding facilities.

반작용 휠 진동 절연장치의 성능평가를 위한 우주환경 모사시험장치 개발

박지용,이대은,한재흥 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

인공위성의 반작용 휠이나 냉각기 등의 구동은 광학 탑재체에 미소 진동을 유발한다. 고정밀 광학계를 외부 진동으로부터 보호하기 위한 가장 일반적인 방법은 진동이 전달되는 경로에 진동 절연장치를 도입하는 것이고 본 연구실은 최근에 반작용 휠 진동 절연장치의 기능 시험 모델(Engineering Model)를 개발하였다. 반작용 휠 진동 절연장치의 인증 모델(Qualification Model)을 위해서는 발사전 지상에서 우주환경을 모사하는 시험이 반드시 필요하며 본 연구에서는 진동 절연장치의 우주 환경시험 중 운용환경인 열/진공 시험을 위한 모사시험 장치를 개발하였다. 우주환경 모사시험장치는 열/진공 환경에서 진동시험을 할 수 있어 추후에 유용한 도구로 활용될 것으로 판단된다. Operation of actuators on satellites such as reaction wheels and cryocoolers induces micro-vibration in optical payloads. The most common method to protect the sensitive payloads from external disturbances is implementation of vibration isolator and recently, the engineering model of reaction wheel vibration isolator is developed. For the qualification model of vibration isolator, space environment test is necessary before launching a satellite. In this paper, thermal vacuum test equipment for vibration isolator is developed. This equipment will be practically used for the vibration test in thermal vacuum environment.

광산 발파 시 인근지역에 미치는 발파영향에 대한 환경적 접근

정병훈,이승호 한국지반환경공학회 2015 한국지반환경공학회논문집 Vol.16 No.12

Since blasting noise is impact noise, it will give a sudden shock to the human. In the case, such as the blast vibration, it has given aging buildings and livestock great damage to move the vibration along ground in nearby regions. In this study, the influence of the blasting generated during excavation was analyzed for effects on regional. A couple of field and laboratory surveys about geological were carried out to figure out the geological ratio in the study-performed area. Blast vibration noise was compared to the domestic and abroad case studies and each of the institutions permissible standards established the most appropriate criteria in site condition. The vibration velocity of blasting vibration exploits the values which were measured from test blasting on the ground in order to examine blasting effect. Considering the blasting point as the shortest distance from safety facilities (farms, private houses, etc.), the examination of the influence range, which was derived from the vibration velocity of blasting vibration, was performed to figure out how the point affected the safety facilities. Three-dimensional numerical analysis was performed a time history analysis in order to analyze the behavior of the structure for a dynamic blast load, which was determined in three directions of the blast vibration value. The results of three-dimensional numerical analysis and the blasting effect of blasting vibration estimation equation blasting vibration of impact circle with accompanying test blasting were compared. And the analysis confirmed similar results figures. 발파소음은 충격음이기 때문에 인체에 갑작스런 충격을 주며, 발파진동과 같은 경우에는 지반을 따라 진동이 이동하여 인근 주변의 노화된 건물, 가축과 인체에도 큰 피해를 끼칠 수 있다. 본 연구에서는 광산 굴착 시 발생하는 발파영향이 인근지역에 미치는 영향에 대하여 분석하였다. 연구대상 지역의 지반현황을 파악하기 위해 지질조사, 현장시험과 실내시험 등의 지반조사를 수행하였다. 발파진동소음에 대해서는 국내・외 적용사례와 각 기관별 허용기준을 비교하여 현장조건에 가장 적합한 기준을 설정하였다. 발파영향을 검토하기 위해 발파진동 추정 식은 현장에서 시험발파를 수행하여 측정된 발파진동 값을 활용하였다. 발파진동 추정 식을 활용한 영향원의 검토는 발파지점을 보안물건(농장, 민가 등)으로부터 최단거리로 정하여 보안물건에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 3차원 수치해석을 수행하여 발파진동 영향검토를 수행하였다. 3차원 수치해석은 동적 발파하중에 대한 구조물의 거동을 해석하기 위해 시간이력해석을 수행하였으며, 3방향에 대한 발파진동 값을 구하였다. 시험발파에 따른 발파진동 추정 식을 이용한 발파진동 영향원 검토 결과와 발파영향에 대한 3차원 수치해석 값을 비교・분석한 결과, 유사한 결과 수치를 확인하였다.

위성시스템 진동시험을 위한 힘-모멘트 계측 시스템 개발

임종민,우성현,은희광,전종협 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.11

발사 환경에서 위성의 구조적 건전성을 검증하기 위해 진동시험 시설을 이용하여 진동시험을 수행하게 된다. 진동시험 과정에서 과도한 시험으로 인한 위성의 위험성 문제를 최소화하고 비행 환경을 보다 실제와 유사하게 지상에서 모사하기 위하여 위성 인터페이스에서의 반력 및 모멘트를 측정하여 제한하는 방법이 사용된다. 이를 힘 제한 진동시험이라고 한다. 일반적으로 힘 제한 진동시험을 위해 사용되는 힘-모멘트 계측 시스템은 인터페이스 링, 힘 센서 및 신호 합산을 위한 장치로 구성된다. 여러 지점에서 측정된 국부적인 반력을 이용하여 최종적인 힘과 모멘트를 계측하는 구성은 매우 복잡하고 또한 각각의 힘 센서 상태와 국부적으로 작용하는 힘의 분포를 알 수 없다. 한국항공우주연구원에서는 간단한 시험 장비의 구성과 진동시험 과정에서 힘의 분포에 대한 정보를 얻기 위해 힘-모멘트 계측 시스템을 개발하였다. 최대 72채널의 힘 신호에 대한 실시간 처리 및 모니터링을 구현하기 위해 힘 신호 계산 장치와 모니터링 소프트웨어를 개발하였다. 본 논문에서는 개발된 힘-모멘트 계측 시스템의 설계 및 개발 과정을 소개하고자 한다. 또한 개발된 시스템을 적용한 성능검증 과정 및 다누리호에 적용된 실제 사례를 소개하고자 한다. In order to verify the structural integrity of satellite during launch environment, vibration test is performed using vibration facility. In addition, to reduce the over-testing problem and to simulate the flight environment more actually, the method of measuring and limiting the reaction forces and moments at satellite interface has been used, which is called as force limited vibration testing. Generally the force measurement system in the vibration testing is composed of interface ring, force sensors and signal summation electronic. So the measurement configuration for resultant forces and moments is very complicate. In addition, the status and local distribution of each force sensor can’t be known. For the simple configuration and more insight on force distribution during vibration, KARI developed force measurement system. To realize the real time processing and monitoring for 72ch force signals, force signal calculation unit and monitoring software are developed. In this paper, the design and development of new force measurement system are introduced. Also the verification process and the test results of force limited vibration are presented.

스마트무인기 기체구조물 지상진동시험

전병희(Byoung-Hee Jeon),강휘원(Hui-Won Kang),이정진(Jung-Jin Lee),이영신(Young-Shin Lee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.5

본 논문에서는 스마트 무인기의 자유 진동 특성 및 로터의 회전으로 인한 기체 구조물의 진동특성 즉 강제진동 특성을 실험적으로 규명하기 위해 수행한 시험방법, 센서 및 장비 설치, 시험 결과 검증 방법 및 시험결과를 수록하였다. 스마트 무인기의 지지 조건은 번지코드를 이용하여 자유-자유 경계조건을 구현하였고, 시험은 3개의 가진기를 사용하여 다점 랜덤 가진법으로 구조물을 가진하였으며 약 100여개의 가속도계로부터 기체 구조물의 응답특성을 측정하였다. 주파수 응답함수를 통하여 다기준 최소 자승 복소지수법을 적용하여 고유 진동수, 감쇠율, 모드 형상등의 모달 매개변수를 산출하였다. 또한 강제 진동시험은 스마트 무인기의 양쪽 로터가 장착되는 나셀 부위에 x,y,z 각 방향으로 가진기를 장착하여 로터 회전 주파수를 가진함으로써 구조물과 각종 장비의 진동응답 특성을 측정하였다. This paper describes the test procedure, instrumentation, verification methodology and the results of the ground vibration test(GVT) and force vibration test(FVT) of the SmartUAV aircraft to estimate experimentally dynamic characteristics of the aircraft. Bungee cords are used to emulate free-free boundary conditions of the test aircraft. The SmartUAV is excited by three shakers and one-hundred frequency response functions(FRF's) is measured. The FRF's are reduced and analyzed to identify the dynamics parameters of the SmartUAV. To extract modal parameters of the SmartUAV such as, natural frequencies and damping ratios, the poly-reference least square complex exponential method is used in the time domain. The mode shape coefficients are estimated with the least squares frequency domain method to identify the vibration modes. The FVT was performed by fixed sine frequency with three shakers on the x, y and z direction and vibration characteristics of structures and detail equipments are measured.