달착륙선 충격흡수 착륙장치 개발동향

김원석(Kim Won-Seock),김선원(Kim Sun-Won),황도순(Hwang Do-Soon) 한국항공우주연구원 2011 항공우주산업기술동향 Vol.9 No.1

달착륙선이 주어진 임무를 수행하기 위해서는 달궤도 진입 후 성공적인 착륙이 보장되어야 한다. 착륙환경에서 발생되는 높은 충격하중 하에서 착륙선 본체 및 탑재체의 파손을 막기 위해서는 높은 충격흡수율 및 자세안정성이 요구된다. 따라서 착륙 시 발생하는 충격을 효과적으로 흡수하면서 기체의 전복 및 쓰러짐을 막을 수 있는 착륙장치는 달착륙선의 핵심 구성요소이다. 본 논문에서는 현재까지 달착륙에 성공한 달착륙선과 현재 개발단계에 있는 달착륙선을 대상으로 다양한 착륙장치 설계안들을 검토 및 비교하였으며, 현재 진행되고 있는 한국형 달탐사선 예비설계 요구조건에 부합하는 착륙장치의 요구조건 및 이를 충족시킬 수 있는 착륙장치 설계에 대한 예를 제시하고자 한다. The soft landing of a lunar lander after the entrance of lunar orbit is an essential prerequisite for the accomplishment of the lander’s lunar mission. During the landing process of a lunar lander, efficient shock absorption and stability maintenance are indispensible technology to protect payloads. Therefore, the landing gear is a crucial structural component of a lunar lander, it has to absorb the kinetic energy associated with touchdown and support the static load of the landing module in an upright position. In this paper, various landing gears of lunar landers which are being developed as well as which had been successfully landed on the moon surface are investigated. In the end, the Korean lunar lander, which is being designed for preliminary development model, is presented as an example of the lunar lander development.

중형항공기급 착륙장치의 개념 설계

최종민,황인성,홍단비 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

대부분의 중형기급 항공기는 비행중 공기 저항을 최소화하기 위해 착륙장치를 인입식으로 채택하고 있다. 착륙장치의 인입방식에는 Nacelle-mounted, Fuselage-mounted 방식이 있는데, Nacelle-mounted 인입방식은 Wheeltrack의 간격이 넓어짐에 따라 Taxiing시에 안정적이지만 착륙장치 구조물의 길이가 길어져 중량이 증가하고 구조적으로 불리해 지는 단점이 있다. 반면, Fuselage-mounted 방식의 경우 Fairing에 의해 항력이 증가하지만, 지상에서의 회전 반경이 작다는 장점이 있다. 본 논문에서는 Nacelle-mounted 인입방식 착륙장치를 Fuselage-mounted 방식으로 변경하기 위한 착륙장치 위치 검토 및 타이어 선정, Turnover angle을 분석한 후 이를 토대로 변경된 Fuselage-mounted 착륙장치에 대한 페어링 면적 검토를 수행하였다. Regional aircraft is usually equipped with retractable landing gear to reduce drag force. There are two types of retractable landing gear; one is nacelle-mounted and the other is fuselage-mounted. Nacelle-mounted landing gear is stable in taxiing because the wheeltrack is relatively wide. However, the longer landing gear structure causes weight increase and some structural disadvantage. In case of fuselage-mounted landing gear, drag is increased due to the landing gear fairing. However, it has advantage that the turning radius becomes small. In this paper, the effect of landing gear location change from nacelle-mounted to fuselage-mounted is studied. For this purpose, the results of tire selection and turnover angle analysis are described. The frontal area of the aircraft is also sketched including the additional fairing.

Elastomer Pad 완충기를 채용한 소형 항공기(KAS PART 23급) KC-100 전륜 착륙장치 낙하시험

박혜은,송정헌,손현익,강홍래 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

착륙장치의 주요 역할은 착륙 및 지상활주 시 날개 및 동체로 전해지는 충격과 하중을 최대한 흡수함으로써 항공기의 안전을 보장하는 것이다. 대부분의 충격 흡수는 착륙장치에 장착된 완충기에서 행해진다. 착륙장치 개발에 있어서 이론적 해석을 통한 완충기의 에너지 흡수 특성 파악이 선행되어야 하며, 실제 낙하시험을 통하여 이를 검증하여야 한다. 소형 항공기급 착륙장치 완충기는 보통 Elastomer Pad, 판 스프링 방식을 이용하고, 에너지 흡수 특성은 착륙장치 완충기뿐만 아니라 착륙장치의 형상에 의해서도 좌우된다. 여기서는 Elastomer Pad 완충기와 자유 회전형 Wheel 을 채용한 소형 항공기 (KAS Part 23 급) KC-100 전륜 착륙장치의 낙하시험 수행 결과를 분석하였다. Major role of the landing gear is to assure the safety of the airplane by maximizing the absorption of impacts and loads encountered in landing and ground maneuver and transferred to wing and fuselage. The impact and load are mostly absorbed by shock absorber installed with landing gear. In the course of development for landing gear, the theoretical analysis of energy absorption characteristic should be preceded and verified by drop test. Elastomer pad type, leaf spring type, and etc. are normally used to light airplane shock absorber. The energy absorption characteristic is dependent upon the gear's geometry as well as the shock absorber. The paper includes the drop test's implementation and result analysis of the light airplane(KAS Part 23 Class) KC-100 nose landing gear with elastomer pad and free castering wheel.

캐비테이션 방지를 위한 MR 댐퍼형 착륙장치의 내부 형상 배치에 대한 연구

조방현,장대성,황재혁 항공우주시스템공학회 2020 항공우주시스템공학회지 Vol.14 No.5

The landing gear of an aircraft is a device that absorbs and dissipates shock energy transmitted from the ground to the fuselage. Among the landing gears, the semi-active MR damper landing gear is supposed to show high-shock absorption efficiency under various landing conditions and secure the stability when out of control. In the case of the MR damper landing gear using an annular channel rather than orifice, Amesim, a commercial multi-physics program, is considered as more useful than the conventional two-degree-of-freedom model because the damping force generated by the pressure drop through the flow annular path can cause cavitation in the low-pressure chamber of the MR damper with a specific internal structure. In this paper, the main dynamic characteristics of the MR damper landing gear with an annular type flow path structure has been analyzed under the condition of cavitation. Based on the analysis results using Amesim, a design guideline for the MR damper flow path that prevents cavitation has been proposed based on the modification of the arrangement of internal components of the damper. The guideline was verified through a drop simulation. 항공기의 착륙장치는 지상에서 동체로 전달되는 충격에너지를 흡수 및 소산시키는 장치이다. 착륙장치 중 반능동형 MR 댐퍼 착륙장치는 다양한 착륙조건에서 높은 충격흡수효율을 보여주며 제어 불능 시 안정성을 확보할 수 있는 장점이 있다. 오리피스가 아닌 환형 관유로를 이용하는 MR 댐퍼 착륙장치의 경우, 유로 압력강하로 인해 발생하는 감쇠력이 MR 댐퍼 내부 형상 구조에 따라 저압 챔버에서 캐비테이션을 유발할 수 있어 기존의 2 자유도계 모델링 기법보다 다중물리시스템 해석 프로그램인 Amesim이 더 유용하다. Amesim을 이용한 해석결과를 바탕으로 착륙장치 내부 유로 형상 배치를 수정하여 캐비테이션을 방지할 수 있는 유로 구조를 제안하였고 낙하 시험 시뮬레이션 결과를 통해 이를 검증하였다. 본 논문에서는 환형 관로 형태 유로 구조를 갖는 MR 댐퍼형 착륙장치의 캐비테이션 발생시 주요 특성을 파악하였고, 아울러 내부형상 배치 수정을 통해 이를 방지하는 방안을 제시하였다.

착륙장치 내추락 장치 설계개발시험

신정우(Jeong Woo Shin),김태욱(Tae-Uk Kim),황인희(In-Hee Hwang),조정준(Jeong Jun Jo),이정선(Jeong-Sun Lee),박총영(Chong-Yeong Park) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集A Vol.34 No.1

비상착륙상황에서 승객의 안전을 향상시키기 위한 내추락 설계는 회전익기 설계 개발에 있어 필수적이다. 특히, 추락 시 착륙장치는 상대적으로 많은 에너지를 흡수할 수 있기 때문에, 내추락 설계에 있어 중요한 역할을 한다. 군사규격에서는 착륙장치의 에너지 흡수능력 뿐만 아니라, 파손 후 동체를 뚫고 들어가 승객에게 2차 피해를 주지 않아야 함을 규정하고 있다. 이와 같은 군사규격을 만족하기 위해서는 파손장치와 같은 내추락 장치를 마련하여, 착륙장치가 파손 후 안전하게 붕괴되어 동체를 뚫고 들어가지 않도록 해야 한다. 본 연구에서는 회전익기 착륙장치에 필수적인 파손장치의 설계 및 설계개발시험을 수행하였다. 먼저 착륙장치가 동체를 뚫고 들어가지 않도록 하기 위한 붕괴 과정을 결정하였다. 다음으로 파손장치에서 가장 중요한 부품인 파손 핀을 설계하였고, 설계기준을 만족하도록 2가지 강도 범위로 설계되었다. 최종적으로 설계개발시험을 통해 파손장치 설계를 성공적으로 검증하였다. To improve occupants' safety in an emergency, crashworthy design is necessary to rotorcraft design and development. Especially, landing gear has the important role for crashworthy design because landing gear absorbs relatively large energy for the crash landing. In addition, military specifications require failure of landing gear shall not increase danger to any occupants by penetration of the airframe. To meet the specification requirements, crashworthiness device like failure mechanism should be prepared so that landing gear is collapsed safely and doesn't penetrate the airframe. In this study, design and design development test of the failure mechanism which is necessary for the rotorcraft landing gear was performed. First, collapse scenario was determined for the landing gear not to penetrate the airframe. Then, the failure pin which is the most important part of the failure mechanism was designed with 2 strength range in order to meet design criteria. Finally, design of the failure mechanism was verified successfully by design development test.

달 환경을 고려한 달착륙선 착륙장치의 낙하시험 및 달 복제토 개발

최가람,유석호,김현덕,박정선 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.4

본 연구에서는 달 환경을 고려하기 위한 달 복제토 개발과 달착륙선 착륙장치의 낙하시험을 수행하였다. 달착륙선은 착륙 시 충격 완화를 위하여 토양이 있는 지역을 착륙지점으로 선정한다. 달 환경을 고려한 달착륙선 착륙장치의 낙하시험을 위해 달 토양과 입도분포, 입자크기 등 기계적 성질이 유사한 달 복제토 KAUMLS를 개발하였다. 달 토양 샘플은 NASA의 달 탐사 프로젝트를 통해 획득한 Lunar soil 14163의 정보를 기준으로 사용하였다. 개발한 KAUMLS 위에서 달착륙선 충격흡수장치의 낙하시험을 수행하였다. 착륙이 진행되는 동안 주 충격흡수장치에 전달되는 하중 및 최대가속도, 착륙 후 충격흡수용 허니컴의 압축 변위를 측정하였다. 착륙 시 발생하는 달착륙선의 가속도는 착지면 특성의 영향을 받아 결정되므로 지면에 따른 충격특성 분석을 위하여 건조된 모래위에서 낙하시험도 수행하였다. This paper presents that development of lunar simulant for considering the lunar environment and drop test of a lunar landing gear. The lunar lander is landed at soil place for soft landing. We develop Lunar simulant KAUMLS similar lunar soil’s mechanical characteristics grain size, distribution and bearing capacity for drop test of a lunar landing gear. Lunar soil sample is based on information of Lunar soil 14163 obtained from NASA’s LUNAR PROJECT. We examine drop test of a lunar landing gear on the developed KAUMLS. We measured that load transmitted to main shock absorber during landing, maximum acceleration, and compression displacement of honeycomb for shock absorption after landing. In addition, drop test on dry sand is examined for shock characteristic according to surface because mechanical characteristics of the surface affect lunar lander’s acceleration when the lander touched down.

MR 댐퍼를 이용한 주륜 착륙장치 하중제어기법 연구

현영오(Young-O Hyun),황재업(Jae-Up Hwang),황재혁(Jae-Hyuk Hwang),배재성(Jae-Sung Bae),임경호(Kyoung-Ho Lim),김두만(Doo-Man Kim),김태욱(Tae-Wook Kim) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.4

본 논문은 헬기용 주륜 착륙장치의 성능을 향상시킬 목적으로 반능동형 착륙장치를 도입하였다. 상용 유한요소 코드를 이용하여 자기장해석을 한 MR 댐퍼를 완충기에 적용 하였다. 착륙 거동 시 내력으로 발생되는 공기력과 감쇠력의 합을 일정하게 유지시키는 개념의 하중제어기법을 적용하여 반능동형 착륙장치의 제어기를 구성하였다. 다른 형태의 수동형 및 스카이 훅 제어 반 능동형 착륙장치와 함께 ADAMS를 이용한 낙하 시뮬레이션을 수행하였고 착륙특성에 대한 성능평가를 위해 그 결과들을 비교하였다. To improve performance of the main landing gear for helicopters, a semi-active control landing gear is introduced in this paper. An MR damper based on commercial finite element electromagnetic field analysis of an electromagnet has been adapted the shock absorber. Force control algorithm (which maintains constantly the sum of air spring force and damping force as internal forces) which keep the sum of air spring force and damping force constant during landing, has been used for the controller, applied to control the semi-active landing gear. A series of drop simulations using ADAMS has been done with the passive, sky-hook control type, and force control type landing gears. The result of each simulation has been compared to evaluate the landing performance of the proposed force control type landing gear.

착륙장치 작동기 내부 잠금장치 피로해석

이정선(Jeong Sun Lee),강신현(Shin Hyun Kang),장우철(Woo Chul Jang),이승규(Seung Gyu Lee),오성환(Seong Hwan Oh) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.1

착륙장치 접개 작동기는 항공기 이착륙 시 착륙장치를 항공기 동체 내로 접어 올리거나 동체 밖으로 펼쳐 내려주는 역할을 한다. 접개 작동기 내부에는 착륙장치 펼침 상태에서 외란에 의해 착륙장치가 접히게 되는 것을 방지하기 위한 별도의 잠금장치가 장착된다. 이 잠금장치는 작동기 내부에 공급되는 유압을 통해 작동기 내부 구성품과 기계적으로 구속됨으로써 작동기 잠금 기능을 수행하게 된다. 착륙장치 접힘/펼침에 따라 잠금장치의 잠김/풀림이 반복되므로, 잠금장치는 항공기 운용 중 반복되는 동일 하중을 받게 되며, 이로 인한 피로 파괴의 가능성이 존재하게 된다. 본 논문에서는 잠금장치에 대한 피로해석 과정 및 결과를 제시하고, 피로시험을 통해 그 결과의 타당성을 검증하였다. The retract actuator makes the landing gear retract or extend during take-off and landing of an aircraft. To prevent folding of landing gear that has remained in the extended state because of an unexpected external disturbance, an internal locking device is applied to the retract actuator. The locking device is restrained with another internal component by oil pressure supplied to the retract actuator, and this restraint makes the locking of the actuator possible. Because locking and unlocking are repeated during retraction and extension of the landing gear, the locking device takes repeated identical loads, and the possibility of fatigue failure exists. In this study, the process and results of fatigue analysis for the locking device are presented, and the appropriateness of the analysis result is verified using a fatigue test.

착륙장치 피로 시험평가

이상욱(Sang-Wook Lee),이승규(Seung-Gyu Lee),신정우(Jeong-Woo Shin),김태욱(Tae-Uk Kim),김성찬(Sung-Chan Kim),황인희(In-Hee Hwang),이제동(Jedong Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

항공기 착륙장치의 피로설계에는 안전수명 방법이 적용된다. 즉, 균열이나 유해한 변형과 같은 구조적 결함이 항공기 운용수명 기간을 모사하는 피로 하중 스펙트럼 조건에서 발생하지 않아야 한다. 일반적으로 항공기 착륙장치는 고주기 피로 환경에 노출되므로, 설계 단계에서 착륙장치의 피로 수명은 응력 기반의 해석을 통해 예측한다. 이를 위해 재료의 분산(Scatter) 및 표면처리 특성 등을 고려한 설계 S-N 선도를 구성하여 해석에 사용한다. 시험평가 단계에서는 실물 착륙장치에 대한 피로시험을 통해 피로설계 요구조건 충족 여부를 최종 검증한다. 본 논문에서는 항공기 착륙장치의 피로수명 해석 및 시험절차를 실제 적용 사례를 통해 제시하였다. For the fatigue design of aircraft landing gear, the safe-life approach is applied. Structural defects such as cracks or detrimental deformations should not occur under the fatigue load spectrum depicting the entire lifetime usage of the aircraft. In the design phase, the fatigue life of the landing gear is estimated analytically by adopting the stress-based approach because the fatigue of aircraft landing gear is generally high-cycle fatigue. This utilizes S-N curves that are factored to produce design curves that account for the scatter and surface finish of the material. In the test and evaluation phases, a fatigue test should be conducted for full-scale landing gear to substantiate the fatigue design requirement in the end. In this study, the procedure for the fatigue test and evaluation of aircraft landing gear is presented with real application cases.

헬기용 착륙장치 내추락 시험평가

이상욱,김태욱,신정우,이승규,김성찬,황인희,강신현,이제동 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

The main function of a landing gear is to absorb the impact energy during touchdown. It is occasionally required for landing gear to have crashworthiness for improving survivability and safety in case of emergency landing. This study introduces the design concept, performance analysis and drop test procedures for the development of the crashworthy landing gear. The shock absorbing ability and the crash behavior is proved by analyzing various sensor data and video clips from high speed camera recording during drop tests. 착륙장치는 완충장치를 이용하여 항공기 착륙 시의 충격을 흡수하는 역할을 한다. 군용 헬기를 비롯한 일부 항공기에서는 비상 착륙시 탑승원의 생존성과 안전성을 향상시키기 위해, 착륙장치에 내추락 요구조건을 부여하기도 한다. 본 연구에서는 내추락 요구조건을 충족하는 착륙장치 설계 개념을 제시하고, 성능해석 및 낙하시험을 통한 입증 과정을 소개한다. 추락 시 착륙장치 충격흡수 능력과 거동은 낙하시험 시 측정한 다양한 센서 데이터 및 고속 카메라로 촬영한 동영상 분석을 통해 확인할 수 있다.