본 연구에서는 항공우주구조물의 낙하 충격 특성 및 기초 시험, 학술적 연구를 종합적으로 수행하기 위하여 낙하충격시험기를 개발하였다. 낙하충격시험기는 항공기가 지면과의 충돌 시 발생하는 동적인 응력과 변형에 대한 정확한 평가를 가능하게 하며, 안전성 및 기구 강도와 같은 중요한 설계 요소들을 확인할 수 있도록 한다. 낙하충격시험기는 전자석을 이용하여 시험체를 부착 및 낙하하며, 크레인을 이용하여 시험체 낙하 높이 조절이 가능하도록 구성하였다. 또한, 수직 낙하를 위한 낙하보조장치를 제작하였다. 시험을 위한 낙하 시험체의 수치해석을 수행하고 낙하충격시험기를 활용하여 기초 시험을 수행하였다. 해석 및 시험 결과를 통해 착륙장치 낙하 상황에서의 구조적 형상을 분석하고 각 부분의 거동을 종합적으로 평가하였다.
원자력 발전소의 제어봉 낙하 시간 측정 시험은 원자로 비상 정지 명령에 따른 제어봉의 낙하 속응성이 지침서의 제한치 이내에 있는지를 주기적으로 확인함으로써 제어봉의 원자로 안전 운전 및 정지 기능을 확인하는 중요한 시험이다. 현재 고리2호기를 비롯한 WH형 발전소들은 제어봉이 디지틀 제어봉 위치 지시(DRPI) 코일속을 낙하할 때 유기되는 전압을 검출하여 제어봉 낙하 시간을 측정하는 방법을 사용하고 있다. 이 방법은 제어봉을 뱅크별로 인출한 후 하나씩 개별 낙하시키기 때문에, 제어봉 낙하 시간 측정 시험에 많은 시간과 다수의 인력이 소요되며, 측정시 격납용기내에 작업자가 장시간 체류해야 하는 단점이 있다. 이러한 DRPI 신호 이용 제어봉 낙하 시간 측정 방법의 단점을 보완하여 제어봉 구동 장치(CRDM)내 이동권선 신호를 이용하는 다중 낙하 방식의 새로운 측정 방법을 제안하고, 측정 장치를 개발하였다. 개발된 제어봉 낙하 시간 측정 장치를 이용하여, 고리2호기 제어봉 낙하 시간 측정 시험시 기존의 방법과 병행 측정 시험을 수행하고 그 결과를 비교 검토하여 충분히 정확하게 제어봉 낙하 시간을 측정할 수 있음을 보였다.
본 논문에서는 소형 항공기 낙하시험을 위한 낙하 시험 장비 개발에 관한 연구를 수행하였다. 시험장비는 유압 액츄에이터를 이용하여 자동으로 시험체를 상승시키고 또 다른 유압 액츄에이터를 이용 자동으로 낙하시키며, 낙하시험시 안전성 확보를 위한 2중의 안전 장치를 적용하였다. 장비의 정적 안정성 확보를 위해 장비의 구조해석을 수행하였으며, 해석된 결과를 반영하여 시험 장비를 설계 제작을 하였다. 제작된 장비의 낙하 신뢰도 확보를 위해 마찰력 측정 시험 및 낙하속도 측정 시험을 실시하여 장비의 적합성을 확인 하였다.
국제표준규격(ISO 12215-5) 및 국내 플레저보트 검사지침의 개정에 따라 길이 6미터 미만의 플레저보트의 낙하시험에 의한 강도시험기준을 적용 가능하게 되었다. 하지만 현재 낙하시험은 자유낙하 시 내력 및 외력에 의한 선체 내부의 찌그러짐, 크랙, 박리, 파손 등을 육안으로 검사하는 방법으로 시험결과의 정량적인 판단이 이루어지지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 레저선박의 낙하시험을 위한 시스템 및 운용프로그램을 개발하여 플레저보트의 구조안전성의 정량적 평가가 가능한 시스템을 개발하고 다단 롤포밍 기법을 적용한 5m급 알루미늄레저보트에 적용하여 시스템의 성능을 검증하였다.
최근 소형선박 국제표준규격(ISO-12215)이 제정되면서 소형선박-선체구조 및 치수-제5장 부속서 B에 의하여 길이 2.5미터 이상 6미터 미만 소형선박의 낙하시험에 의한 강도시험 기준을 적용할 수 있게 되었으나, 육안검사로 실시되는 현재의 방법으로는 선체 강도 평가의 객관적인 평가가 어려운 문제점이 있다. 본 연구에서는 레저선박의 낙하시험의 정량적 평가가 가능한 평가시스템을 개발하기 위하여 레저선박의 낙하시험에 대한 국내 외 규정을 기반으로 한 낙하시험 평가시스템을 설계하였으며, 5미터급 알루미늄선박의 낙하시험을 통하여 시스템의 적용가능성을 검토하고 낙하 시 선박의 상태 및 낙하자세에 따라 발생되는 문제점을 확인하였다.
IP-2형 운반용기는 정상운반조건의 낙하시험을 거친 후에 방사성내용물의 유실 또는 분산이 없고 외부표면에서의 방사선량률이 $20\%$ 이상 증가할 수 있는 차폐능력의 상실이 없어야 한다. 차폐체의 두께가 큰 경우에는, 볼트체결방식을 사용하면 IP형 운반용기로 많이 사용되고 있는 ISO 컨테이너에서의 문을 사용하는 경우보다 방사성내용물의 유실 또는 분산이 일어나지 않을 것이다. 본 연구에서는 볼트체결방식의 IP-2형 운반용기에 대한 낙하시험을 실시하기 전에, 낙하방향에 따른 볼트인장력과 볼트체결력을 시험으로 평가하는 방법을 알아보기 위하여 예비시험모델을 제작하여 시험 및 평가하였다. 바닥과 뚜껑방향의 수직낙하, 수평낙하, 4방향의 경사낙하 등 총 7가지 낙하방향으로 자유낙하를 실시하였다. 낙하충격에 의한 볼트인장력은 힘센서를 이용하여 측정하였고, 볼트체결력은 낙하시험 전의 체결토르크에서 낙하충격 이후의 풀림토르크의 변화를 이용하여 알아보았다.
본 논문은 시험발사체의 비행궤적 및 낙하점 분산 분석에 대해 다룬다. 2018년 11월의 시험발사체 비행시험 전/후에 수행한 비행궤적 및 낙하점 분산 분석 과정을 설명하고 비행시험 결과와의 비교를 통해 분산 분석 방안이 적절하였음을 보인다. 발사체의 궤적 및 낙하점 분산은 발사체 성능 오차 요인 및 대기권에서의 바람 영향을 고려한 6자유도 몬테카를로 시뮬레이션을 통해 이루어진다. 이와 같이 사전에 분석한 결과를 토대로 비행시험 전에 낙하 안전 영역을 설정한다. 결과적으로, 시험발사체는 사전에 분석한 궤적 및 낙하점 분산 범위 내에서 안전하게 비행하였다.
MEMS 기술을 이용한 다양한 센서의 개발과정에서 신뢰성 확보는 매우 중요한 문제이며, 여러 가지 신뢰성 항목 가운데 낙하시험은 가장 기본이 되는 항목이다. 단시간 내에 낙하에 대한 내충격성을 확보하는 MEMS 센서를 개발하기 위해 본 논문에서는 FEA와 high-level 모델을 결합한 낙하시험 모의진단법을 제안하였다. 제안된 모의진단법을 통해 MEMS 소자에서의 최대응력과 응력분포, 최대변위, 그리고 낙하시의 과도응답과 오신호 등의 결과를 확보할 수 있으며 이들을 토대로 MEMS 소자에서의 취약부위를 파악하고 이를 보완할 수 있으며 낙하시의 오동작을 제거하도록 신호처리 회로 등을 보완할 수도 있을 것이며 이를 통해 단시간 내에 최소의 비용으로 내충격성을 확보한 MEMS 센서를 개발하는 것이 가능해질 것이다.
본 논문에서는 저속통제기로부터 비상 시 분리되는 외부연료탱크 및 LAU-131 로켓발사기의 분리안전성을 보이기 위하여 수행한 자유낙하 풍동시험, MSAP을 이용한 해석과 비행 시험의 연구결과를 종합하였다. 자유낙하형의 bomb rack을 사용하는 비행시험 중의 분리안 전성의 확인과 MSAP의 보정용 자료 생성을 위하여 수행한 아음속풍동을 이용한 자유낙하 시험의 결과에 대하여 기술하였다. 보정된 MSAP으로 자유낙하형과 사출형의 bomb rack 을 사용하였을 때의 분리안전성 해석을 수행하였다. MSAP 해석 결과를 이용한 상관관계 해석을 통하여 자유낙하형의 bomb rack을 사용할 경우의 투하 안전성도 보였다. 또한, 실기 비행시험을 통하여 투하시험을 수행하였으며 이를 해석결과와 비교하였다. 마지막으로, 풍동 시험, 해석결과 및 비행시험의 결과를 종합하여 저속통제기의 안전투하영역을 확정하였다.
항공기용 착륙장치의 완충기 충격흡수 성능은 해석 과정을 거쳐 예측한 값과 낙하시험을 수행하여 그 성능을 입증하여야 한다. 이는 미 연방 항공 규정에서 요구하고 있는 사항이다. 본 논문에서는 착륙장치 낙하시험을 위한 설비, 시험절차 및 시험방법과 낙하시험 수행 결과를 제시한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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