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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 최주호
- 발행연도
- 2016
- 저작권
- 한국항공대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
이 논문의 연구 히스토리 (8)
2016
작동메커니즘에 따른 파이로 작동기구에서의 단계별 확률적 교정 및 검증
김희성
,
최주호
대한기계학회 춘추학술대회
2016.12
학술대회자료
크기 효과를 고려한 파이로 작동기구에서의 탄소성 해석에 대한 확률적 교정 및 검증
김희성
,
장승교
,
김남호
외 1명
한국항공우주학회 학술발표회 초록집
2016.04
학술대회자료
크기 효과를 고려한 파이로 작동기구에서의 탄소성 해석에 대한 확률적 교정 및 검증
김희성
,
이제성
,
이성엽
외 2명
대한기계학회 춘추학술대회
2016.04
학술대회자료
확률론적 해석기법을 이용한 파이로 작동기구의 압착해석에 대한 연구
김희성
항공우주및기계공학과
2016.01
학위논문
2015
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파이로 작동기구(Pyrotechnically Actuated Devices, PAD)는 항공 및 국방 산업에서 Rocket stage separation, Wing deployment, Propulsion control 등의 시스템 작동이 요구될 때 사용되는 장치이다. 작동에 필요한 가스 또는 액체 연료를 밸브를 통해 흐르게 해주는 착화기로서 주요한 역할을 수행한다. PAD는 내장된 에너지원을 폭발시킬 때 발생하는 고압의 가스로 내부의 피스톤(Piston)을 밀어내며 작동되는 메커니즘으로 작동되는데, 이때 폭발에 의해 발생한 가스 압력이 설계수준보다 낮거나 피스톤과 하우징(Housing)간 압착 정도가 미흡하면 밸브를 통해 흐르는 연료가 유출되는 사고로 이어질 수 있다. 따라서 PAD는 전반적으로 매우 높은 신뢰도가 요구되므로 작동 메커니즘 해석을 통한 신뢰성예측 및 평가가 수행되어야 한다. 하지만 일반적으로 이러한 신뢰도예측 및 평가를 위해서는 많은 수의 반복시험이 필요하지만 PAD는 화약을 이용한 점화가 기본 작동 메커니즘이기 때문에 동일 모델에 대한 반복시험에 한계가 존재한다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 PAD의 작동 중 탄소성 압착거동에 대해 모사하는 컴퓨터 해석모델을 생성한 후, 해석모델이 실제 PAD를 대상으로 한 시험의 결과를 더욱 잘 구현할 수 있도록 실제 시험 결과를 이용한 모델 교정을 함께 진행한다. 이때 컴퓨터 해석모델에 필요한 주요 변수는 먼저 피스톤과 하우징 사이의 마찰력을 선정하였다. 해석적으로나 직관적으로도 마찰력은 압착거동에 주요한 역할을 끼치지만 형상 정보, 접촉면 거칠기 등 환경적인 요소에 영향을 많이 받기 때문에 컴퓨터 모델 해석에 변수로서 필요하다. 또한 컴퓨터 해석에 소요되는 시간과 비용을 줄이기 위한 방법으로, 압착해석이 축대칭인 점을 고려하여 전체 PAD 형상 중 일부 파트만 해석 모델으로서 구현하였다. 이때 구현하지 않은 나머지 PAD 형상을 고려하기 위하여 일종의 스프링과 같은 등가강성요소를 생성하였고, 이 등가강성요소의 물성들을 주요 변수로서 선정하였다. 이렇게 선정한 변수들은 실제 시험 결과를 이용한 모델 교정을 통해 추정된다.
본 논문에서 사용한 PAD는 피스톤과 하우징 간에 발생하는 압착거동에 영향을 주는 주요 형상 요소에 따라 크게 3가지 Type으로 구분하였다. 이 3가지 Type 중 임의의 하나를 선정하여 교정을 진행한 뒤, 교정된 결과를 다른 2가지 Type에 적용 및 검증하는 방법을 거쳐 본 논문의 유효성을 입증한다. 이 때 모델링 구현, 교정 및 검증 과정에서 발생한 불확실성을 고려하기 위해 전반적으로 확률적 통계기법을 사용한다. 교정에서는 베이지안 통계이론을 기반으로 한 마르코프 체인 몬테 카를로(MCMC) 기법을 이용하였고, 교정의 결과를 다른 Type에 대해 적용 및 검증할 때에는 CDF Area Metric과 95% 예측 구간(Predictive Interval)을 이용한 방법으로 제시하였다. 최종적으로 어느 특정한 Type에서만 유효한 연구가 아니라 3가지 Type에 대한 교차 검증을 통해 본 연구방법의 범용 가능함을 입증하였고, 추후 새로운 PAD 설계 시 시험평가 단계에서 추가적인 실제 시험 대신 본 논문에서와 같이 교정된 컴퓨터 해석모델이 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.
본 논문에서 사용한 PAD는 피스톤과 하우징 간에 발생하는 압착거동에 영향을 주는 주요 형상 요소에 따라 크게 3가지 Type으로 구분하였다. 이 3가지 Type 중 임의의 하나를 선정하여 교정을 진행한 뒤, 교정된 결과를 다른 2가지 Type에 적용 및 검증하는 방법을 거쳐 본 논문의 유효성을 입증한다. 이 때 모델링 구현, 교정 및 검증 과정에서 발생한 불확실성을 고려하기 위해 전반적으로 확률적 통계기법을 사용한다. 교정에서는 베이지안 통계이론을 기반으로 한 마르코프 체인 몬테 카를로(MCMC) 기법을 이용하였고, 교정의 결과를 다른 Type에 대해 적용 및 검증할 때에는 CDF Area Metric과 95% 예측 구간(Predictive Interval)을 이용한 방법으로 제시하였다. 최종적으로 어느 특정한 Type에서만 유효한 연구가 아니라 3가지 Type에 대한 교차 검증을 통해 본 연구방법의 범용 가능함을 입증하였고, 추후 새로운 PAD 설계 시 시험평가 단계에서 추가적인 실제 시험 대신 본 논문에서와 같이 교정된 컴퓨터 해석모델이 유용하게 쓰일 수 있을 것이다.
목차
제1장 서론 1제2장 Modeling & Simulation 42.1 파이로 밸브 Type 및 압착해석 구간 정의 42.2 압착해석구간 모델링 7제3장 Calibration & Validation 93.1 교정 및 검증 과정 93.2 Kriging Surrogate Model 103.3 MCMC 시뮬레이션 133.4 Result of Calibration 143.5 Result of Validation 17제4장 Conclusions and Discussions 20참고문헌 21Acknowledge 22
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