조화응답해석의 방진구 적용과 가속도 전달율

4.3 조화응답해석 본 연구는 방진구가 적용된 EOTS 플랫폼의 카메라 모듈의 가속도 전달율을 구하기 위하여 무인항공기에 고정되는 부위에 기초 가속도 가진이 가해지는 경 우의 조화응답해석을 수행하였다. 이때 z축 방향의 가진 가속도 범위는 0~800Hz 로 1Hz 간격으로 조화응답을 계산하였다. 해석에서는 방진구에 보 형상이 추가 된 모델에 대한 추가 해석을 수행하였으며, 보 형상 추가에 따른 감쇠 성능의 차 이를 분석하였다. 그림 23에 방진구의 해석 모델을 나타냈다. 조화응답해석을 위 해서 Mode Superposition Method를 이용하여 Peak 지점의 거동을 중심으로 해 석을 수행하였다. EOTS 플랫폼의 카메라 모듈의 전달율 해석 결과를 그림 24에 도시하였으며 40Hz에서 1차 고유진동수를 가지며 18의 전달율을 갖는 것을 확인 하였다. 최대 전달율이 고유진동수보다 조금 낮은 진동수에서 나타나는 것은 고 유진동해석에서는 감쇠를 고려하지 않고 계산했기 때문이다. 그림 24. EOTS 플랫폼의 전달율 그래프(해석결과) [Fig.24 Transmissibility Graph of EOTS Platform(Analysis Result)] - 35 - 제 5 장 EOTS 플랫폼의 진동실험 본 연구는 실제 진동 환경에 대하여 EOTS 플랫폼의 방진구가 갖는 진동 저감 성능을 확인하고 특성을 분석하기 위해 수행하였다. 실제 진동 환경은 프로펠러 회전에 의한 진동 외란이라는 기초 가진에 대한 성능을 검증하기 위해 실험 환 경을 구성하였으며 주파수에 따른 거동 특성을 분석하였다. 그림 25는 실험 구성 도이다. 실제 실험은 2개의 가속도 센서를 베이스 면과 EOTS 플랫폼 본체에 부 착하였다. Shaker(가진 장치)의 진동에 따라 가속도 데이터를 받아 FFT Analyzer(주파수 분석기)로 방진구의 진동 특성을 실험적으로 검증하였다. 그림 25. EOTS 플랫폼의 진동실험 구성도 [Fig.25 Vibration Experiment Setup] - 36 - 5.1 진동 실험의 구성 진동실험을 하기 위해서 실험 장비는 요구되는 실험을 수행함에 있어 충분한 정밀도를 가지고 있어야 한다. 또한 실험 장소는 소음 및 외부 진동이 제거된 환 경에서 실시되어야 하는데, 요구도를 만족하기 위해 방진 테이블 위에 실험 환경 을 구축하였다. 표 7은 진동실험을 위해 사용된 장비를 나타낸다. 가진 입력을 위한 장비는 The Modal Shop, Inc의 Shaker를 사용하였으며, 조화 입력을 발생 하기 위해 Keysight사의 Funtion Generator와 The Modal Shop, Inc의 Amplifier 를 사용하였다. 가속도 센서는 PCB사의 352C03이고 1축 가속도계로서 상온에서 사용되는 모달 실험용 단축 가속도계이다. 본 진동 실험에서는 발생하는 노이즈 를 줄이기 위해서 Averaging을 실시하고 30회의 Sine-Sweep을 실시하였다. 진 동 실험 프로그램의 샘플링 주기는 1,000Hz이며, 주파수 분해능은 0.16Hz로 수행 하였다. 진동 실험 환경의 구축은 EOTS 플랫폼에 가진을 주기 위해 진동 장비 (Shaker)를 사용하여 조화 가진을 Sine-Sweep으로 적용하였다. EOTS 플랫폼의 하중은 280g으로 4개의 방진기로 구성된 방진구가 적용된 EOTS 플랫폼이다. Shaker와 방진구는 볼트로 체결되도록 지그를 통해 장착하였으며 가진 가속도에 대한 응답가속도를 측정하기 위해 베이스와 EOTS 플랫폼 질량의 더미 모델에 가속도 센서를 부착하여 실험을 진행하였다. 가속도 센서는 수직으로 1축에 대한 데이터를 측정하였으며 Sine-Sweep 범위가 0~800Hz에서 기초 가진을 가한 후 측정된 가속도 값을 수집하여 방진구를 통해 플랫폼에 가해지는 가속도 전달율 을 확인하였다. - 37 - 실험 장비 제품사양 Acceleroneter (PCB – 352C03) • Sensitivity : 10 mV/g • Weight : 5.8 g • Frequency range : 0.5 to 10kHz FFT Analyzer (Dewesoft – Sirius mini) • 4 IEPE/Voltage Inpurts - Max sample rate : 200kHz - Max dynamic range : 160dB • Modal/FFT/Shaker Tes Function Generator (Keysight – 33500B Series) • Custom Waveform • Total harmonic distortion: 0.2% • Fill Bandwidth pulse to 20 of 30 MHz Amplifier (The Modal Shop - 2100E21 400) • Supplies 400W output power at 4Ω load impedance • Flat frequency response to 40kHz Shaker (The Modal Shop – 2075E) • Output Force, sine pk: 178 N • Output Force, sine pk: 334 N • Frequency Range: DC-6500 Hz • Acceleration: 75 g pk 표 7. 실험장비 및 제품사양 [Table 7. Vibration Experiment Equipment and Specification] - 38 - 실험 장비의 구성을 상세히 설명하면, 함수생성기(Function Generator)에서 Sine-Sweep 신호를 만들고 증폭기(Amplifier)를 통해 신호를 증폭시켜 가진장비 (Shaker)로 기초 가진을 모사하여 EOTS 플랫폼 더미에 인가하였다. 인가된 가 속도 가진에 대한 응답을 가속도 센서(Acceleration Sensor)로 계측하여 주파수 분석기(FFT Analayzer)로 분석하여 전달율을 분석할 수 있도록 실험환경을 구 축하였다. 그림 26는 실험장비의 구성을 나타냈다. 실험에서 입력한 가속도 가진 은 관심 주파수 대역에 해당하는 130~670Hz를 포함한 0~800Hz의 입력을 주어 실험과 해석 결과를 비교할 수 있는 전체 주파수 대역에 대해 방진구가 갖는 진 동 특성을 확인할 수 있게 하였다. 그림 26. 방진구의 진동실험 장비 [Fig.26 Vibration Experiment Equipment of Isolator] - 39 - 실험 진행간 방진구의 진동 특성 분석을 위해 해석과 같이 방진구 형태에 따 른 2가지 타입의 모델을 준비하였으며, 더불어 2가지 다른 형상의 고무 방진기 모델을 준비하여 방진기의 강성변화가 방진 성능에 주는 영향을 실험을 통해 확 인하고자 하였다. 표 8은 진동실험에 사용된 4가지 타입의 실험모델을 나타냈다. 구분 Soft Isolator Hard Isolator General Type Beam Shape Type 표 8. 방진구 실험 모델 [Fig.8 Isolator Experiment model] - 40 - 5.2 진동 실험 그림 27은 방진구의 진동실험에는 강성이 낮고 보 형상이 없는 방진구 모델부 터 강성이 높고 보 형상이 있는 모델까지 총 4가지 케이스를 적용하여 실험적 검증을 하였다. 방진구 모델별 EOTS 플랫폼의 주파수에 따른 전달율은 첫 번째 Peak 지점에서 가속도 전달율이 가장 크고 그때의 크기가 약 13 정도로 다소 높 은 것을 확인할 수 있었으며 관심 주파수 대역에서의 전달율은 1 이하로 낮은 것을 확인할 수 있었다. 이 의미는 방진구가 적용되지 않은 EOTS 플랫폼이 고 유진동수로 인해 공진이 발생하여 전달율이 높아지는 현상을 방진구의 적용을 통해 개선할 수 있는 것을 나타낸다. 따라서 방진구 설계가 1차 Peak 지점에 해 당하는 40Hz의 고유진동수를 제외한 관심 주파수 대역 전체에서 플랫폼의 진동 을 감쇠시키는 특성을 보이는 것으로 판단할 수 있다. 방진기의 강성과 보 형상 은 저역 주파수 대역에서는 차이가 없으나 고주파수 대역으로 갈수록 감쇠 성능 에 차이를 보이는 것을 확인할 수 있다. 그림 27. EOTS 플랫폼의 전달율 그래프(실험결과) [Fig.27 Transmissibility Graph of EOTS Platform(Experiment Result)]