• 한국항공우주학회지
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• 제34권6호
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• pp.35-41
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• 2006

본 논문에서는 무밸브 마이크로펌프에 사용되는 압전 다이아프램의 성능을 향상시키는 방법이 연구되었다. 큰 작동 변위와 작동력을 가지는 원형 형태의 경량 압전 복합재료 작동기(LIPCA)를 마이크로 펌프용으로 제작하였다. 유한요소 해석과 실험을 통하여 원형 LIPCA의 성능을 예측하여 최적의 적층 형태를 설계하였다. 최적의 원형 LIPCA를 기반으로 포토리소그라피법과 PDMS 몰딩법을 사용하여 무밸브 마이크로 펌프를 제작하였다. 압전 다이아프램의 작동 변위 및 마이크로 펌프의 유량과 배압을 실험적으로 계측하였고, 반경험식을 사용하여 예측한 유량과 비교하였다. 이상의 연구에서 원형 LIPCA가 마이크로 펌프용으로 사용되는 보통의 압전 작동 다이아프램을 대체할 수 있는 우수한 작동기임을 확인할 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2000년도 춘계학술대회논문집
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• pp.1268-1272
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• 2000

본, 논문에서는 카본/에폭시, PZT 세라믹 박판, 글래스/에폭시 층으로 이루어진 곡면형 복합재료 작동기(LIPCA)의 설계, 제작 및 성능실험에 대한 연구 성과를 제시하고 있다. LIPCA의 큰 요점은 기존 THUNDER의 성능을 유지하면서 이를 경량화 하기 위하여 THUNDER의 금속 층을 상대적으로 가벼운 섬유 강화 복합재료로 대체하는 것이다. 이러한 경량화 작업으로 LIPCA는 기존 THUNDER 보다 약 $30{\sim}40%$ 정도의 무게를 감소시킬 수 있으며, 복합재료의 특성에 따라 설계의 유연성을 가질 수 있는 장점이 있다. 또한, 에폭시 수지를 사용함으로써 접착제 없이 평판 몰드에서 오토클레이브에서 $177^{\circ}C$로 경화되어, 탈형된 후 충분한 곡률을 형성하였다. 작동 성능 실험에서, LIPCA는 기존 THUNDER보다 작동변위가 향상됨을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권5호
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• pp.94-100
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• 2002

본 논문은 곡면형 압전 복합재료 작동기 LIPCA의 개발 및 성능 실험에 관한 것이다. LIPCA는 압전 세라믹을 중심으로 상층부는 탄성계수가 크면서 열팽창계수가 낮은 섬유강화 복합재료층이 위치하며, 하층부는 탄성계수가 작으면서 열팽창계수가 큰 섬유강화 복합재료층이 위치한다. 작동기의 성능 검증을 위해 작동지그 및 전압 공급 장치 그리고 비접촉 레이저 센서로 이루어진 실험 시스템을 구성하였다. 성능 실험은 양단 단순지지상태에서 압전 재료의 전극에 $100\sim400V_{pp}$의 교류 전압을 1Hz로 가하였을 경우 작동기 중앙부에서 발생하는 수직방향의 변위를 측정하는 것으로 수행하였다. LIPCA와 THUNDER의 성능 검증 결과 LIPCA-C2는 THUNDER에 비해 34% 경량화 되었으며, 작동변위는 13% 향상되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권1호
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• pp.7-13
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• 2008

본 논문에서는 유한요소법을 기반으로 한 소프트웨어 COMSOL Multiphysics를 이용하여 압전 복합재료 작동기를 이용하여 제작한 무밸브 마이크로펌프의 성능을 연구하였다. 압전 마이크로펌프는 4층의 경량 압전 복합재료 작동기, PDMS으로 된 챔버와 2개의 디퓨저로 이루어졌다. 시뮬레이션에서는 압전 재료 영역, 구조 영역과 유체 영역을 완전 연성하여 해를 계산하였다. 물을 유체로 사용하였으며, 유량을 마이크로펌프의 구조적 파라미터에 대하여 계산하였다. 이 연구에 기초하여 보다 성능이 좋은 마이크로펌프를 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권3호
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• pp.218-224
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• 2007

PZT와 같은 압전 재료는 능동 진동 억제 분야에서 널리 사용되고 있지만 단일 PZT의 경우 장착 과정에서의 손상, 전기 누전, 낮은 피로 성능과 같은 문제가 지적되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 개발된 LIPCA 작동기는 여러 층의 복합재료와 PZT 층으로 구성되어 있다. 본 연구에서는 LIPCA 작동기를 끝단 질량이 부착된 알루미늄 외팔보의 진동을 억제하는데 적용하였다. 양변위 되먹임 제어 알고리듬을 사용하였으며, 필터 주파수를 대상 모드의 첫 번째 고유진동수에 맞추었다. 실험적으로 구한 알루미늄 보의 고유 진동수는 유한요소 해석의 결과와 잘 일치하였다. LIPCA 작동기를 능동 진동제어에 적용할 때 효율성을 시간과 주파수 영역에서 확인하고자 하였는데, 실험 결과 PPF제어를 사용한 LIPCA 작동기가 자유 진동의 안정화 시간과 강제 진동의 진폭을 효과적으로 제어할 수 있었다. 사례 연구로 다른 두께를 가지는 보의 강제 진동 제어를 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권10호
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• pp.34-39
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• 2003

본 논문에서는 압전작동기 LIPCA를 이용하여 형상가변익을 제작하였고, 제작된 형상가변익의 작동변위에 관하여 연구를 수행하였다. 등가 열 모델링 방법과 MSC/NASTRAN으로 해석을 수행하여 압전작동기의 작동변위를 예측하였고, 이를 바탕으로 형상가변익의 설계와 제작을 수행하였다. 실험을 통해 제작된 형상가변익의 실제 작동변위는 압전세라믹의 재료 비선형성으로 인해 예측된 값보다 크게 나옴을 확인하였다. 압전작동기 LIPCA를 이용한 형상가변익은 작은 크기의 무인비행기나 초소형비행기의 조종면으로 사용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제25권11호
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• pp.1881-1886
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• 2001

A numerical method for actuating performance evaluation of LIPCA proposed using a finite element method. Fully coupled formulations for piezo-electric materials were introduced and 3-dimensional eight-node incompatible element was used. After verifying the developed code with typical examples, the center deflections of LIPCA were calculated and compared with the experimental result, which were in fairly agreement.

• Composites Research
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• 제27권2호
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• pp.47-51
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• 2014

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.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.37-44
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• 2004

본 논문에서는 압전재의 재료 비선형성을 고려한 경량 압전 복합재 작동기(LIPCA)의 성능 해석을 수행하였다. 성능 해석을 위해 9절점 쉘 요소 정식화에 바탕을 둔 압전 쉘 요소를 이용하였다. LIPCA의 작동 변위를 보다 정확히 예측하기 위하여, 실험을 통해 얻은 압전 변형률 함수와 증분 정식화를 추가하여 기존 선형 유한요소 프로그램을 수정하였다. 이렇게 개발된 재료 비선형 압전 옐 프로그램을 이용하여 LIPCA의 작동변위를 재 계산하였고, 재료 비선형 해석으로 얻은 작동 변위가 선형 해석으로 계산된 작동 변위 보다 측정 변위에 훨씬 근접함을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제22권6호
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• pp.7-12
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• 2009

본 연구는 압전 작동기 기반 초소형 날갯짓 비행체의 날갯짓 운동을 위해, 압전 작동기의 펌핑 운동을 효과적으로 날갯짓 운동으로 변환하는 힌지 메커니즘 제작 기법에 대해 다루었다. 경량화를 위해 탄소섬유/에폭시(Graphite/Epoxy) 프리프레그를 사용하고, 반복적인 제작이 용이하도록 레이저 절단기를 활용하였으며, 힌지부는 얇은 캡톤 필름을 이용해 컴플라이언트(compliant) 메커니즘으로 구성하였다. 제작된 힌지 메커니즘을 압전 유니모프 작동기 PUMPS에 연결하여 동작시켜 본결과, 300V 170Hz 인가 전압에서 $173^{\circ}$의 큰 날갯짓 각을 가짐을 확인하였다.