이 연구에서는 기존 선형 상대운동방정식에 차등중력, 주위성의 이심율, J2 섭동 등의 비선형항을 추가하여 보다 정확한 상대운동방정식을 만든 후 섭동이론을 적용하여 위성편대 연료최적화 재배치 문제에 대한 근사 해석해를 구하고자 한다. 먼저, 비선형 섭동항을 테일러 급수를 이용하여 2차항까지 전개한 후, 이를 기존 선형상대운동방정식에 추가하여 새로운 비선형 상대운동방정식을 만든다. 이 때 사용된 선형상대운동방정식은 힐스 방정식으로 주위성의 궤도가 일반적인 타원이고 위성 간 상대거리가 충분히 가깝다고 가정한다. 최적화 조건으로부터 상태벡터와 라그랑지 곱수로 이루어진 연립 미분방정식이 만들어 지는데, 이 식은 힐스 방정식에 기인한 선형부분과 2차 비선형항에 기인한 섭동부분으로 나뉜다. 이 때, 이 연립미분방정식의 해는 선형부분의 해와 섭동으로 인한 변화량의 합으로 근사할 수 있으며 그 변화량은 섭동이론을 적용하여 얻을 수 있다. 이와 같이 얻어진 해는 여러 섭동의 비선형항을 2차까지 포함한 상대운동방정식을 사용했기 때문에, 기존 선형상대운동방정식을 사용하여 구한 최적해 보다 더 정확한 결과를 얻을 것이라 예상한다.
최근에 제안된, 이웃하는 타원 궤도의 상대운동에 대한 몇 가지 양함수형 해를 분석하였다. 이 해를 이용한 상대운동 결과를 일반 선형화 운동 방정식의 해석적 해와 비교했다. 수치계산 결과를 위한 초기 조건은 Hill-Clohessy-Wiltshire(HCW) 운동방정식에 의한 해의 역함수로 구했다. 기준 궤도의 차이에도 불구하고 상대적으로 작은 이심률의 궤도 일 경우에는 타원 상대운동 궤도와 원 상대운동 궤도의 결과는 근접했다. 주위성의 궤도가 상대적으로 큰 이심률을 가질 경우에는, 기본 궤도로 원 궤도를 이용하는 HCW 운동방정식은 다른 타원 상대운동 궤도 방정식의 해보다 상대적으로 큰 오차를 갖는다.
위성의 상대운동 모델은 두 위성 사이의 상대적인 운동을 기술하며, 위성편대비행 연구의 기본이 된다. 이 연구에서는 선형 및 비선형 상대운동 모델들의 정확도를 산출하고 이를 비교 분석하였다. 우선 모델의 정확도를 나타내는 '모델링 오차 지수(Modeling Error Index)'를 정의하였다. 다양한 주위성 궤도의 이심률과 두 위성 사이의 거리에 대해 모델링 오차 지수를 계산하여, 여러 궤도환경에 따른 기존의 여러 가지 상대운동 모델들의 정확도를 산출하였다. 여러 가지 상대운동 방정식들의 모델링 오차 지수는 주위성의 이심률의 크기, J2 섭동 고려 여부, 위성들의 상대 거리의 크기에 따라 달라진다. 이 연구에서 사용한 상대운동 모델의 정확도는 편대비행 동역학모델의 오차를 나타내므로, 이 연구 결과를 이용해서 주어진 편대비행 임무에 알맞은 모델을 선택하는 것이 가능하다.
본 연구에서는 3차원 비정렬 중첩격자계를 이용한 서로 겹쳐진 물체들 간의 상대운동 해석기법에 대한 연구를 수행하였다. 홀 컷팅 과정에서 격자요소를 구성하는 모든 격자점들이 다른 물체의 내부에 위치하는 물체 경계의 격자요소들을 계산에서 제외하였고, 일부분이 다른 물체의 내부에 위치하는 격자요소들은 계산영역에 포함하였다. 비정상 유동의 계산을 위해 계산에서 제외되는 비활성 격자요소들에 내삽과 외삽을 통해 적절한 유동값을 부여하여, 상대운동이 진행됨에 따라 다음 시간단계에서 새롭게 활성 격자로 분류될 때 이전 시간에서의 유동값으로 이용될 수 있도록 하였다. 해석기법을 이용하여 기존에는 해석이 불가능했던 3차원 날개의 내부에서 발사체가 사출되는 운동과 발사체의 동체에서 다수의 핀이 전개되는 운동을 해석하였다.
부유식 파랑에너지 변환시스템(Oscillating Water Column)에서 에너지 변환은 입력파와 챔버, 챔버내 공기의 상호작용으로 이루어진다. 이 논문은 파랑에너지를 기계적 운동으로 변환하는 기계적 특성을 해석한다. 단일 진동수 규칙파가 입력되었을 때에 파에 의하여 챔버의 상하운동이 선형적으로 발생하며, 이 상하운동은 챔버내의 압력 변화에 영향을 받는다. 상하운동과 챔버내로 투과한 파, 그리고 챔버내 압력에 의해 발생되는 파에 의해 챔버내의 상대운동을 정하고, 그 상대운동에 의한 공기의 압축 팽창과 온도상승을 근사적 열역학적 방정식으로 해석하여 오리피스를 통한 유량과 압력을 기준으로 에너지 변환요율을 결정하였다. 얻어진 식은 간단하면서도 관련요소의 영향을 전반적으로 표현한다. 개구율 변화에 따른 운동응답을 비교하였다.
본 논문에서는 인공위성의 근접운용에서 발생할 수 있는 위치-자세 결합운동을 정의하고, 이를 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식을 통해 접근한다. 인공위성의 위치-자세 결합운동은 두 위성의 상대운동에서 목표 지점이 무게 중심이 아닌 위성체 위의 임의의 점에 위치할 때 발생하며, 특히 근거리 운용에서 명확히 보여진다. 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식은 각속도 상태를 직접 반영하여, 자세의 변화가 위치에 영향을 미치는 위치-자세 결합운동을 간결하게 정의할 수 있다. 여기에서는 위치-자세 결합운동의 해결을 위해 기존의 접근방법과 함께 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식을 새롭게 제시한다. 수치 시뮬레이션에서는 두 위성의 상대운동에서 위치-자세 결합운동으로 목표 지점에 대한 위치 오차가 발생함을 보이고, 듀얼 쿼터니언 기반의 운동방정식이 이를 해결할 수 있음을 검증한다.
실제 해상에서 운항중인 선박의 6자유도 운동 및 해상의 파도를 계측할 수 있는 시스템을 개발하였다. 이 시스템은 Miles의 방법에 따라 7개의 가속도계로 선체의 운동을 계측하고, 초음파 파고계를 이용하여 선수부에서의 상대운동을 계측하여 상대운동에서 선체운동을 소거함으로써 해상에서의 파랑에 관한 정보(파고 및 주기)를 해석할 수 있다. 모형시험을 수행하여 개발된 시스템의 우수성을 확인하였으며, 원격조종 모형시험시 운동계측기로의 적용가능성도 발견하였다.
동수압적 미끄럼베어링의 작동원리는, 두개의 서로 경사진 면이 윤활제를 그 사이에 두고 상대적인 운동을 함에 있어서 두면사이에는 윤활유 막이 형성되어 압력이 형성되고 두면에 작용하는 하중의 지지하게 되므로 직접적 마찰없이 상대적 미끄럼운동을 한다는 것이다. 동수압적 유체윤활은 윤활틈새 내의 윤활유동에 동수압적 점성유체역학 이론을 적용하며 베어링윤활유막의 압력분포를 계산하기 위한 편미분 방정식의 발견이 그 근본을 이루고 있고, 미끄럼베어링에 대한 기본적연구는 1900년 이래로 계속 수행되고 있다. 크랭크샤프트와 피스톤 연결봉 사이의 베어링은 동하중을 크게 받으며 회전하므로 저어널과 축의 상대운동은 회전운동과 윤활면의 수직운동으로 나누어 해석할 수 있다.
인체의 운동은 많은 수의 자유도를 지닌 조인트(JOINT)와 링(LINK)의 복잡한 운동으로 표현될 수 있다. 이들 링크(LINK)의 회전 운동은 SINE, COSINE 자승 형태의 비선형 운동으로 이루어져있으나, 최근 PERSONAL COMPUTER의 발달로 복잡한 인체 운동의 수학적 모델에 대한 동력학적 DATA 계산이 가능해졌다. 본 연구에서는 5개의 링크(LINK)로 연결된 인체 움직임에 있어 링크(LINK)의 절대 운동(ABSOLUTE MOTION) 및 상대운동(RELATIVE MOTION)을 고려한 PLAGENHOEF의 운동 모델을 PERSONAL COMPUTER를 이용하여 인체 움직임의 동력학적 DATA를 얻을 수 있도록 BASIC 언어로 프로그램을 제기하였다.
인체의 운동은 많은 수의 자유도를 지닌 조인트(JOINT)와 링(LINK)의 복잡한 운동으로 표현될 수 있다. 이들 링크(LINK)의 회전 운동은 SINE, COSINE 자승 형태의 비선형 운동으로 이루어져있으나, 최근 PERSONAL COMPUTER의 발달로 복잡한 인체 운동의 수학적 모델에 대한 동력학적 DATA 계산이 가능해졌다. 본 연구에서는 5개의 링크(LINK)로 연결된 인체 움직임에 있어 링크(LINK)의 절대 운동(ABSOLUTE MOTION) 및 상대운동(RELATIVE MOTION)을 고려한 PLAGENHOEF의 운동 모델을 PERSONAL COMPUTER를 이용하여 인체 움직임의 동력학적 DATA를 얻을 수 있도록 BASIC 언어로 프로그램을 제기하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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