회전안정화 로켓 모터를 이용하는 upper stage 위성체의 자세 불안정 현상을 연구하였다. 이 위성체는 대칭형의 본체와 내장된 유동질량으로 구성되며, 유동질량은 구진자로 모델링되었다. 종래의 선형모델이 갖는 단점을 보완하기 위해 정확한 시변 비선형 방정식을 사용하고, 본체 및 구진자 모두 회전 대칭축에 대해 정상상태에 있다고 가정하였다. 본 논문에서는 진자에 대한 준정상해(quasi-stationary solution) 및 공진조건을 파라미터의 함수로 결정하였다. 공진조건의 분석결과 유동질량은 계수자극 및 외부자극을 동시에 받으며, 자극을 받은 유동질량으로부터 에너지가 본체에 유입되면서 위성체는 불안정한 장동운동을 일으키는 것으로 확인되었다. 본 논문에서는 수치시뮬레이션 예시를 통하여 주어진 위성체 모델에 대해 발생가능한 공진조건에서 진자의 운동, 위성체 각 운동량 및 섭동모멘트의 관계 규명과 로켓모터 추진 후에 자세운동이 어떻게 변화하는가를 설명하였다.
유효 굴절을 전달 매트릭스 방법을 이용하여 위상 천이 회절격자 필터의 구조상의 비이상성의 영향을 살펴봄으로써 이 필터의 제작성을 검토하였다. 계산 결과, 위상 천이 오차나 회절결자 주기의 랜덤 변이는 이들 오차에 따른 공진 파장의 변화가 필터의 투과 대역폭 이내에 있어야 함을 알 수 있었다. ITU 기준에 따른 파장과 대역폭을 기준으로 할 때, 이는 상대 오차가 0.1% 이내여야 함을 의미하며, 이 정도의 허용 오차는 회절격자의 제작에 큰 부담으로 작용한다. 필터 끝면 반사는 투과대역의 ripple을 증가시키므로 ripple을 0.25dB 이하로 줄이려면 반사율이 1% 이하로 되어야 한다. 또 위상 천이 필터는 다중 반사에 따른 공진현상을 이용하기 때문에 도파로 손실은 증배되어 나타남을 보였으며, 도파로 손실이 1dB/cm로 낮아도 약 0.2dB의 투과 손실이 나타났다. 이 연구 결과는 파장 다중화 방식 협대역 투과 필터를 설계하고 제작하는데 있어 기본 자료로서 중요한 의미를 가진다.
본 논문에서는 VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) 레이저를 만드는 구조와 유사한 GaAs 웨이퍼상에 MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 장비로 GaAs와 AlGaAs 에피층을 형성시킨 구조를 사용한다. 3차원 공진현상에 의해 자연 발생되는 광양자테 (PQR: Photonic Quantum Ring) 소자를 건식 식각 방법인 CAIBE (Chemically Assisted Ion Beam Etching) 기술로 제작하였지만, 진공 분위기에서 진행해야 하는 문제점 때문에 저가격으로 쉽게 소자를 제작할 수 있는 방법이 연구되었고, 그 결과 인산, 과산화수소, 메탄올이 혼합된 용액의 습식식각 기술로 가능성을 확인하였으며, 이 방법을 적용하여 소자를 제작한 내용에 대해 논한다. 또한, 제작된 광소자의 스펙트럼을 측정하였고, 이 결과들을 이론적으로 해석하여 얻은 파장값과 비교한다. 광양자테 소자는 3차원 형상으로 세포를 모델링하거나, 디스플레이 분야로의 응용이 가능할 것으로 기대한다.
4-코일 자기 공진 무선 전력 전송 시스템의 해석법 중 critical point analysis(CA)와 impedance matching analysis(IA)를 분석하고, 두 결과를 비교하였다. 4-코일 시스템은 가까운 거리에서는 주파수 분리 현상이 나타나고, 먼 거리에서는 효율이 급격히 감소하는 특징을 나타낸다. 따라서 고정된 주파수에서 사용할 경우, 목표하는 거리와 효율에 따라 최적화가 필요하다. CA는 전체 거리에서 효율이 최대가 되는 critical point를 이용하여 최적화하는 방법이고, IA는 목표 지점에서 임피던스 정합을 이뤄 최대 효율을 만족시키는 방법이다. 기존의 해석은 두 가지 방법을 비교하고 시스템 특성을 이해하는데 부족한 점이 있었기 때문에, 본 논문에서 두 방법의 이론을 좀 더 자세히 분석하고 비교하였다. 두 방법의 비교 결과를 통해 IA가 더 우수함을 보였다. 또한, 한쪽만 정합할 경우 발생되는 트레이드-오프에 대해서도 설명하였다. 스파이럴 공진 코일을 이용한 실험에서는 이론 결과와 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
This case study presents a practical method to reduce resonant vibration of large vertical pumps. The pumps are driven at 400 rpm rated speed by induction motor. The vibration was not significantly large when operated at this rated speed. Large vibration was occurred when the pump was operated below the rated speed for flow control. Due to the large vibration resonance, variable speed operation of the pump was not possible for several months at worst cases. To find an efficient vibration control method, the flexural responses of pumps for both normal and transient operations were measured. The measured modal characteristics were compared with those of finite element analysis. When the pump was operated at a specific rpm, the natural mode whose resonance frequency is twice the rotating angular speed induced the large vibration. The retrofit utilizing stiffeners to reduce this resonant vibration were performed. Effects of designed stiffeners on reducing vibration were validated through tests after actual installation.
단일모드 광섬유와 평면도파로 결합기의 열에 의하여 공진파장이 이동하는 현상을 이용한 광섬유형 온도센서를 구현하였다. 평면도파로는 열에 의한 굴절률 변화가 큰 열광학폴리머를 사용하였다. 광섬유 연마과정 등의 소자제작 공정을 소개하고, 편광에 무관하게 동작하는 광소자 구조를 실험으로 검증하였다. 제작된 소자의 편광에 따른 공진파장의 차이는 2nm 이하였다. 실온($24^{\circ}C$)에서 $90^{\circ}C$까지의 온도변화에 의한 공진파장의 변화는 $-0.54nm/^{\circ}C$, $-3nm/^{\circ}C$의 특성을 보였다.
본 논문에서는 표면장력 효과를 포함한 선형포텐셜이론을 이용하여 전진하며 동요하는 2차원 소오스에 의하여 발생되는 자유표면파를 해석하였다. 속도를 U, 진동수를 $\omega$ 그리고 중력가속도를 g라 할 때, ${\tau}=U{\omega}/g$로 정의된 무차원 진동수가 임계치 1/4보다 작을 때에는 6개의 파성분이 나타남을 보였다. 이 중에서 특히 2개의 파성분은 표면장력의 영향을 지배적으로 받아 소오스 앞면에 발생하는 데, 그중 하나는 전진속도 방향으로 다른 하나는 반대방향으로 매우 느리게 전파한다. 동요수가 작을 경우에는 표면장력의 영향이 약해지며 임계치 1/4보다 조금 큰 진동수에서 공진이 발생한다. 그러나 동요수가 클 때에는 (${\upsilon}={\omega}^2/g>20$) 표면장력효과가 크게 작용하여 발생파의 진폭이 감소하며 분산되어 임계치에서의 공진현상이 사라진다. 한편 전진속도가 표면장력파의 최소위상속도인 0.232m/sec일 때어는 해가 존재하지 않는다.
본 논문에서는 역률개선용 단일 수위치 부수투 플라이백 결합형 ZCS 준공진 컨버터(quasi-resonant converter(QRC))를 제안한다. 제안된 컨버터는 입력전류를 불연속 모드로 동작과 zero-crossing-point에서의 왜곡을 개선함으로써 고조파를 감소시켜 역률을 향상시켰으며 좋은 출력전압의 레귤레이션 성능을 가지고 있다. 또한 능동 클램프회로를 제안된 회로의 동작특성에 맞게 스위칭 시간을 조절해 줌으로써 ZCS-QR의 일잔적인 특성인 스위치 차단시의 스위치 양단전압의 공진현상을 제거하여 스위치의 전압스트레스를 줄였다. 체계적인 설계를 위하여 설계식을 제안하였으며 제안된 설계식을 통하여 프로토타입 컨버터를 설계하였다. 실험결과 효율은 약 87%, 역률은 약0.985이상을 얻었다. 따라서 본 컨버터는 스위칭 주파수가 수백kHz이상이고 높은 레귤레이션 성능을 요구하는 낮은 전압의 소용량 컨버터에 적합하다.
대전 관내에서 송전계통 및 배전계통의 고장발생이 없었음에도 불구하고 고압 수용가의 2차측에서 플리커(형광등 깜박거림), 엘리베이터 정지 등의 문제가 수차례 발생하였다. 순간 전압변동의 원인을 해당 변전소 캐패시터 소손, 캐패시터 투입과 OLTC 조작으로 인한 전압변동, 고조파 공진 등을 원인으로 추정하고 같은 전압변동 원인 분석을 실시하였다. 분석 개소는 정전이 발생된 변전소 모선 전압과 전류, 캐패시터 뱅크의 전압과 전류, 덕진과 항공 D/L의 전류, 세종아파트의 MOF와 엘리베이터 전용의 변압기 2차측의 전압과 전류이다. 분석결과 변전소의 캐패시터 뱅크의 콘덴서, 리액터, 방전코일의 조사 결과 열화 및 소손이 없었으며, 4차 고조파에 공진이 되도록 설정된 것도 측정을 통해 이상 없음을 확인하였다. 사고재현을 위해 이전과 동일하게 변전소 캐패시터 조작을 수행했으나 엘리베이터가 중단되는 현상이 재현되지 않았지만 고압측의 콘덴서를 투입하였을 때 수용가측의 저압변압기 2차측에서 15[%] 이상 전압이 확대됨을 확인하였다. 다양한 분석과 시뮬레이션 결과 공진에 의해 전압이 확대되었음을 규명하였다.
본 논문에서는 선박 탑재 전자기기들이 외부의 전자파에 의한 장해와 과도 전압에 의해 전자파 간섭 또는 오동작을 방지하기 위한 목적으로 EMC 필터를 설계 및 제작하였다. 먼저 필터를 구성하는 인덕터의 경우 높은 투자율을 가진 Ni-Zn계열 페라이트 비드와 컨덴서의 경우 공진현상을 최대한 억제하기 위해 공진점이 없는 관통형 컨덴서를 이용하여 EMC 필터를 설계 제작하고, 그 특성을 평가하였다. 그 결과 0 kHz~1.5 GHz 광대역에서 25~70 dB의 우수한 감쇠특성을 얻을 수 있었으며, 과도진압의 경우, IEC 61000-4-4에서 규정하는 level 4에서 4 kV를 인가 시 600 V로 과도전압이 감쇠되는 특성을 얻음으로써, 선박 탑재 전자기기들 간의 전자파 간섭을 억제할 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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