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압축 응력 변화에 대한 압전 단결정의 물성 변화를 고려한 압전 복합재료 작동기의 작동 변위 예측
윤범수 ( Bum Soo Yoon ),박지원 ( Ji Won Park ),윤광준 ( Kwang Joon Yoon ),최현영 ( Hyun Young Choi ) 한국복합재료학회 2017 Composites research Vol.30 No.1
본 논문에서는 지능 구조물 작동기의 성능 향상을 위해 압전 단결정을 적용한 압전 복합재료 작동기 LIPCAS2를 설계, 제작하고 성능을 측정하였다. 외팔보 형태로 고정된 LIPCA-S2의 끝단 변위를 예측하기 위하여 공급 전압에 대한 압전 재료 작동층의 변형을 기반으로 곡률 변화 예측 모델을 적용하였으며, 실제 작동기의 성능을 측정하여 두 결과를 비교하였다. 외팔보 상태의 LIPCA-S2의 끝단 처짐에 대한 결과를 비교하였을 때, 예측 결과가 측정 결과에 비하여 4배 정도 크게 예측되었음을 확인하였다. 각 결과의 차이는 LIPCA-S2 내부에 삽입된 압전 단결정에 작용하는 압축 응력에 대하여 압전 단결정 특성이 영향을 미치는 것이라 가정하여, LIPCA-S2를 제작하는 과정에서 발생된 잔류 응력과, 작동층에 전압을 가하며 작동기를 구동했을 때 발생하는 응력 변화를 고전 적층 이론을 통해 계산하였다. 박판 압전 단결정에 평면 방향으로 압축 응력이 변할 때, 압전 변형상수의 변화와 탄성계수의 변화를 측정하였고, 이러한 특성 변화를 고려한 새로운 예측 모델을 활용한 예측 결과는 실제 측정값에 근접함을 알 수 있었다. In this study, LIPCA-S2 actuator with a piezoelectric single crystal layer and a carbon/epoxy layer was designed and evaluated to increase actuation performance of piezo-composite unimorph actuator. A curvature change model generated by the induced strain of a piezoelectric layer was used to predict the tip displacement of the piezocomposite unimorph cantilever. However, we found that there was big difference between the predicted and the measured tip displacement of LIPCA-S2 cantilever actuator when we used the previous linear prediction model. A new prediction model considering the change of piezoelectric strain coefficient and elastic modulus for the compression stress variation of the PMN-29PT single crystal layer was used and it was found that the difference between the predicted and the measured tip displacement reduced considerably.
소형 무인 비행체 조종면 작동용 압전 복합재료 작동기 연구
윤범수 ( Bum Soo Yoon ),박기훈 ( Ki Hoon Park ),윤광준 ( Kwang Joon Yoon ) 한국복합재료학회 2014 Composites research Vol.27 No.2
본 논문은 기존의 유/공압 및 전기식 모터를 대체할 수 있는 경량, 고성능 지능소자 구동기를 설계/제작하고 이를 소형 무인비행체의 조종익 시스템에 적용 가능성을 연구한 것이다. 또한 압전 복합재료 작동기에 대한 성능평가를 수행하였으며, 유니모프 및 바이모프 형태의 작동기를 제작하여 각각의 작동 특성을 확인하였다. 이와 같은 성능시험 평과 결과를 통해 바이모프 형태의 작동기가 하중 유무와 무관하게 선형적인 받음각 변화를 가짐을 알 수 있었다. 이러한 지능소자 구동 시스템은 소형 로봇, 유도무기 및 MAV, UAV의 조종익 제어 시스템으로 사용될 수 있는 가능성을 확인하였다. The purpose of the present study is to develop lightweight and simple smart actuators in order to replace conventional hydraulic/pneumatic actuators, and to apply the developed actuators to the actuation systems of a small unmanned air vehicle. This research describes the procedures of design, manufacturing of the piezo-composite actuator, and the performance evaluation. From the test results of the developed devices, we found the possibility of piezo-composite actuator could be used as a control surface of a small UAV system. We have designed and manufactured two kinds of piezo-composite actuators, unimorph actuator and bimorph actuator. The manufactured actuators were evaluated through the performance testes. It was found that the bimorph type actuator showed more linear angle change for the same excitation voltage variation than unimorph type. It is expected that piezo-composite actuator has a possibility to be used not only as a control surface of small unmanned flying vehicle but also as a control surface actuator of a guided missile fin through the miniaturization of power supply and control system.
양용만,윤범수,전승목,이승근,백운율,오만석,Yong-Man Yang,Bum-Soo Yoon,Seung-Mok Jeon,Seung-Ken Lee,Un-Ryul Baek,Man-Seok Oh 한국복합재료학회 2023 Composites research Vol.36 No.5
Composite materials used in aircraft must be certified using approved materials to ensure the the airworthiness of the aircraft. Certification is carried out by verifying the physical properties and processes of the materials, and producing material and process specifications. The composite material certification system in ROK(Republic of Korea) has been established through the MOLIT(Ministry of Land, Infrastructure and Transport) pilot certification project for aircraft composite materials. Currently, the KIAST(Korea Institute of Aviation Safety Technology) operates and manages the certification and shared data system. This study identifies realm for improvement in the established certification system for aircraft composite materials based on empirical evidence and aims to propose measures for the certification and industrial promotion of domestically produced aircraft composite materials.