KR101750541B1 - 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치 - Google Patents

서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치 Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치는 항공기의 지상진동시험을 위한 서스펜션 시스템에 적용되어 서스펜션 시스템의 평형을 안정하게 유지할 수 있도록 한다. 서스펜션 시스템은 실린더 튜브가 고정되는 고정 플레이트와, 고정 플레이트 상부에 위치하며 실린더 튜브 내부에 설치되어 공급되는 공기에 의해 상하 이동을 하는 실린더 로드에 연결되어 고정 플레이트와 상대 운동을 하여 상하 이동하는 이동 플레이트, 및 이동 플레이트의 이동을 가이드하도록 상기 고정 플레이트로부터 상부방향으로 돌출하여 상기 이동 플레이트를 관통하도록 설치되는 가이드 포스트를 포함한다. 본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치는 상기 이동 플레이트의 상부에 설치되며, 실린더 로드의 상승에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이상으로 상승하는 것을 자석을 이용하여 억제하기 위한 상부 위치 제어 유닛, 및 이동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 설치되며, 상기 실린더 로드의 하강에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이하로 하강하는 것을 스프링을 이용하여 억제하기 위한 하부 위치 제어 유닛을 포함하도록 구성된다.

Description

서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치{Apparatus for controlling of air cylinder position to stabilize suspension system}
본 발명은 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더의 위치 제어 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공기 지상진동 시험을 위한 서스펜션 시스템에서 무게 중심 변화에 따른 상하 움직임을 억제하여 서스펜션 시스템의 안정화를 유지하도록 하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더의 위치 제어 장치에 관한 것이다.
항공기 지상진동시험(GVT:Ground Vibration Test)은 구조물의 고유진동수(natural frequency), 감쇠계수(damping ratio), 모드형상(mode shape) 등과 같은 모달 매개변수들을 구하고, 이에 따른 진동모드를 규명하기 위해 수행된다. 이러한 시험은 비행 시험의 일부분으로 플러터(flutter)와 같은 공탄성(aeroelastic) 불안정성을 예측하기 위해 사용되는 동특성 모델을 시험결과와 비교하여 수정하는데 중요한 역할을 한다. 항공기 지상진동시험에서는 항공기의 강체모드가 기체의 탄성모드와 간섭이 발생하지 않도록 충분히 낮은 진동수로 격리되어야 하며, 그렇지 않으면 탄성모드에 영향을 주거나 고유모드와 다른 탄성모드를 유발할 수 있다.
강체모드를 분리시키는 방법으로 항공기의 비행상태를 모사하고 강체모드 진동수를 줄이기 위한 지지장치를 사용한다.
가장 간단한 방법으로 비선형성을 제거하기 위해 착륙장치의 스트럿의 유압을 줄이고 소프트 지지상태를 유지하기 위해 항공기 타이어의 공기압을 적절하게 조절하는 방법이 있다. 이 방법은 착륙장치의 강체모드가 기체의 탄성모드와 부적절한 격리를 초래할 수 있으므로 주의가 필요하다. 또 다른 방법으로는 실린더를 이용해 항공기를 부양시키는 서스펜션 시스템(suspension system)으로 항공기를 지지하는 방법이 있다.
항공기 지상진동시험용 지지장치는 항공기의 강체모드와 탄성모드를 분리하여 기능을 가져야 하는데 통상 강체모드 주파수의 1/10 정도의 주파수를 가져야 한다. 한편 최근의 항공기는 복합재료를 많이 사용하여 기체의 경량화를 추진하고 있어 강체모드 주파수가 낮아지고 있다. 따라서 상기와 같은 이유로 통상적인 방법에 의한 지상진동시험용 지지장치 사용엔 제약이 크며, 매우 낮은 수준의 진동 절연 지지장치가 필요하다.
한편 도 1을 참조하면, 서스펜션 시스템은 보통 항공기의 3개 지점(동체 1 지점, 주익 2 지점)의 재킹 위치(jacking point=suspension point)에 설치된다. 상기 재킹 위치는 항공기의 정비를 위한 하드 포인트이며 모든 항공기에 반영되어 있고 항공기의 무게 및 무게 중심을 고려하여 설계되며, 재킹 위치를 이용하면 항공기를 안정적으로 지지할 수 있다.
상부의 그림은 가장 이상적인 상태인 '이상 상태(Good stability)'를 나타낸 것이고, 아래의 두 그림은 불안정하거나 위태한 상태인 '위태 상태(Compromised stability)'를 나타낸 것이다. 이러한 불안정하거나 위태한 상태가 나타나는 이유는 외란이 발생하는 경우 즉, 실린더에 공급되는 압력이 변화(공기 온도, 습도의 변화)로 발생하거나, 또는 서스펜션 시스템 상부에 작용하는 물체 내의 무게 이동에 따른 무게중심(Centre of Gravity) 변화 때문이다. 예를 들어 항공기의 경우 연료의 출렁 거림, 랜딩 기어가 기체 안으로 접히는 경우, 형상 변경(미사일 적재)으로 발생하는 무게의 증가/감소 원인으로 외란이 발생하게 된다.
이러한 외란의 영향으로 이상 상태(Good stability) 상태에서 서스펜션 시스템의 3개 지지점이 상(압력 상승)/하(압력 감소)로 움직인다. 상하 움직임이 발생하면 무게 균형이 불안해지며, 실린더에 공급되는 공기 압력을 다시 조정하기 전까지는 안정 상태(stable state)로 돌아가지 못한다.
상기와 같은 상황에서 압력을 조정하여 서스펜션 시스템을 안정 상태로 유지하려면, 압력 조정이 0.1psi 단위로 이루어져 수 kg(물론 실린더의 단면적과 공급되는 공기의 압력으로 조정되는 무게가 결정된다)으로 조정 되야 한다. 하지만 현실적으로 0.1psi 단위의 공기압 조절은 불가능하므로, 무게 균형이 불안해지지 않도록 별도의 수단이 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1554285호(2015.09.14. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0080117호(2004.09.18. 공개)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로써, 그 해결과제는 서스펜션 시스템에 가해지는 외란으로 인한 미세한 무게변화로 에어 실린더가 상하로 움직이는 것을 억제하도록 하여 서스펜션 시스템의 평형을 안정하게 유지하도록 하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치는, 실린더 튜브가 고정되는 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트 상부에 위치하며, 상기 실린더 튜브 내부에 설치되어 공급되는 공기에 의해 상하 이동을 하는 실린더 로드에 연결되어 상기 고정 플레이트와 상대 운동을 하여 상하 이동하는 이동 플레이트, 및 상기 이동 플레이트의 이동을 가이드하도록 상기 고정 플레이트로부터 상부방향으로 돌출하여 상기 이동 플레이트를 관통하도록 설치되는 가이드 포스트를 포함하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치에 관한 것이다. 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치는, 상기 이동 플레이트의 상부에 설치되며, 상기 실린더 로드의 상승에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이상으로 상승하는 것을 자석을 이용하여 억제하기 위한 상부 위치 제어 유닛; 및, 상기 이동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 설치되며, 상기 실린더 로드의 하강에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이하로 하강하는 것을 스프링을 이용하여 억제하기 위한 하부 위치 제어 유닛;을 포함한다.
상기 상부 위치 제어 유닛은 상기 이동 플레이트 상부의 가이드 포스트에 지지되게 설치되며, 서로 마주보는 면이 같은 극으로 형성된 두 개의 자석을 이용하여 일정 거리에 접근하는 경우 서로 밀어낸다.
본 발명의 바람직한 일 태양에 의하면, 상기 상부 위치 제어 유닛은 상기 가이드 포스트의 상단부에 위치하며, 상기 가이드 포스트에 고정되게 설치되는 상부자석; 및, 상기 이동 플레이트의 상부면에 안착되도록 위치하며, 상기 이동 플레이트와 연동하도록 상기 가이드 포스트에 이동가능하게 설치되는 하부자석;을 포함하며, 상기 상부자석 및 하부자석은 서로 마주보는 면이 같은 극으로 형성되어 일정 거리에 접근하는 경우 서로 밀어낸다.
상기 하부 위치 제어 유닛은 서로 다른 스티프니스(stiffness, K)를 갖는 복수의 스프링으로 구성되며, 상기 복수의 스프링은 이동 플레이트의 하강시 스티프니스가 작은 순서대로 접촉되어 압축된다.
본 발명의 바람직한 일 태양에 의하면, 상기 하부 위치 제어 유닛은 상기 고정 플레이트의 상면에 지지되게 설치되는 벨로우즈(bellows)형 공기 스프링; 상기 벨로우즈형 공기 스프링보다 작은 지름과 작은 스티프니스를 가지며, 상기 벨로우즈형 공기 스프링의 상면에 지지되게 설치되는 제1 코일 스프링; 및, 상기 벨로우즈형 공기 스프링보다 작고 상기 제1 코일 스프링보다 큰 스티프니스를 가지며, 상기 제1 코일 스프링 및 벨로우즈 스프링보다 더 큰 지름을 가져 상기 제1 코일 스프링 및 벨로우즈 스프링을 감싸도록 상기 고정 플레이트의 상면에 지지되게 설치되는 제2 코일 스프링;을 포함한다.
본 발명에 의하면 서스펜션 시스템에 가해지는 외란으로 인한 미세한 무게변화로 에어 실린더가 상부로 이동하는 것을 상부 위치 제어 유닛이 억제하고, 에어 실린더가 하부로 이동하는 것을 하부 위치 제어 유닛이 억제할 수 있어, 결국 서스펜션 시스템의 평형을 안정하게 유지할 수 있는 효과가 있다.
또한 상부 위치 제어 유닛을 이동 플레이트가 이동하는 가이드 포스트에 설치하여 공간 활용성이 뛰어나 시스템의 전체 부피가 커지지 않는 효과가 있으며, 하부 위치 제어 유닛을 스티프니스와 지름이 서로 다른 복수 개의 스프링을 적용하여 제조비용을 줄일 수 있고 설치면적을 줄여 공간 활용성이 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 서스펜션 시스템의 안정화를 설명하기 위한 도면,
도 2는 서스펜션 시스템이 항공기의 재킹 위치에 설치된 상태를 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치가 적용된 서스펜션 시스템의 전체 사시도,
도 4는 도 3의 요부 확대도,
도 5는 도 4에서 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치가 분리된 상태를 나타내는 도면,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 항공기의 지상 진동시험을 위한 서스펜션 시스템(10)은 보통 항공기(20)의 3개 지점(동체 1 지점(nose or tail), 주익 2 지점)의 재킹 위치(jacking point)에 설치된다. 상기 재킹 위치는 항공기의 정비를 위한 하드 포인트이며 모든 항공기에 반영되어 있고 항공기의 무게 및 무게 중심을 고려하여 설계되며, 재킹 위치를 이용하면 항공기를 안정적으로 지지할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 서스펜션 시스템(10)은 베이스 프레임(100)에 지지되어 상부 방향으로 돌출되게 설치되는 메인 지지대(200), 메인 지지대(200)의 상단에 설치되는 고정 플레이트(300), 고정 플레이트(300) 상부에 상대적으로 이동 가능하게 설치되는 이동 플레이트(400), 에어 실린더 유닛(500), 재킹 아답터(900) 및 에어 실린더 위치 제어 장치를 포함한다.
베이스 프레임(100)의 하부에는 서스펜션 시스템(10)의 이동을 위한 바퀴를 구비하는 캐스터(150)가 설치되며, 캐스터(150)에는 고정을 위한 고정핀이 구비된다. 메인 지지대(200)는 베이스 프레임(100) 상단으로부터 상부방향으로 돌출되게 설치되며, 필요에 따라 적절한 개수가 설치된다.
고정 플레이트(300)는 메인 지지대(200)의 상단에 설치되며, 에어 실린더 유닛(500)의 실린더 튜브(510)가 고정되게 설치된다.
이동 플레이트(400)는 고정 플레이트(300)의 상부에 위치하며 고정 플레이트(300)와 상대 운동을 하여 상하 이동하게 되는데, 이동 플레이트(400)는 에어 실린더 유닛(500)의 실린더 로드(530)에 연결되어 실린더 로드(530)의 상하 이동에 따라 연동하여 이동하게 된다.
가이드 포스트(600)는 고정 플레이트(300)로부터 상부방향으로 돌출하여 이동 플레이트(400)를 관통하도록 설치되어, 이동 플레이트(400)의 상하 이동을 가이드하는 역할을 한다. 가이드 포스트(600)의 상단부에는 상부 스토퍼(610)가 설치될 수 있으며, 가이드 포스트(600)가 관통하는 이동 플레이트(400)의 홀 사이에는 포스트 가이드 부시(630)가 설치될 수 있다.
재킹 아답터(900)는 항공기의 재킹 위치에 설치되는 수 재킹 아답터와 결합하는 암 재킹 아탑터로써, 항공기를 지지하는 역할을 하게 된다. 재킹 아답터(900)는 도시되지 않은 모터에 의해 높이 조절이 가능하다.
하이드로 베어링 유닛(950)은 재킹 아답터 하부에 위치하도록 이동 플레이트(300)에 설치되어 공급되는 유압에 의해 수평 운동이 가능하도록 한다.
에어 실린더 유닛(500)은 항공기를 부유 및 지지하기 위한 것으로, 상단부가 고정 플레이트(300)에 고정되는 실린더 튜브(510)와, 하부가 실린더 튜브(510) 내부에 삽입되어 공급되는 공기에 의해 실린더 튜브 내부에서 상하이동이 가능하며 상면이 이동 플레이트(400)의 하면에 지지되는 실린더 로드(530)를 포함한다. 외부로부터 공급되는 공기압이 실린더 로드 아래 방향에서 공급되면서 실린더 로드 상단에서 가해지는 하중을 지탱하게 된다.
따라서, 에어 실린더 유닛(500)의 실린더 로드(530)가 고정 플레이트(300)에 고정된 실린더 튜브(510) 내에서 상대적으로 상하 이동이 가능하고 이 실린더 로드(530)의 상면이 이동 플레이트(400)에 지지되므로, 결국 공기 압력이 에어 실린더 유닛(500) 내부로 공급되면 실린더 로드(530)가 상하로 이동함에 따라 이동 플레이트(400)도 상하로 이동하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치는, 이동 플레이트(400)의 상부에 설치되는 상부 위치 제어 유닛(700)과, 이동 플레이트(400)와 고정 플레이트(300) 사이에 설치되는 하부 위치 제어 유닛(800)을 포함한다. 상부 위치 제어 유닛(700)은 이동 플레이트(400)가 일정 위치 이상으로 상승하는 것, 즉 실린더 로드(530)가 일정 위치 이상으로 상승하는 것을 제어(억제)하게 된다. 그리고 하부 위치 제어 유닛(800)은 이동 플레이트(400)가 일정 위치 아래로 하강하는 것, 실린더 로드(530)가 일정 위치 아래로 하강하는 것을 제어(억제)하게 된다.
전술한 바와 같이, 에어 실린더 유닛(500) 내부에 공급되는 압력이 변화(공기 온도, 습도의 변화)로 인해, 또는 서스펜션 시스템 상부에 작용하는 항공기 내의 무게 이동에 따른 무게중심(Centre of Gravity) 변화로 인해 외란이 발생하고, 이러한 외란의 영향으로 이상 상태(Good stability)에서 서스펜션 시스템(즉 실린더 로드 또는 이동 플레이트)이 상(압력 상승)/하(압력 감소)로 움직인다. 상하 움직임이 발생하면 무게 균형이 불안해지며 에어 실린더 유닛에 주입되는 공기 압력을 다시 조정하기 전까지는 안정 상태(stable state)로 돌아가지 못한다. 따라서, 본 발명에 따른 상부 위치 제어 유닛(700) 및 하부 위치 제어 유닛(800)은 미세한 힘(압력)의 변화로 인한 서스펜션 시스템(10)의 상하 움직임을 억제하여 서스펜션 시스템을 안정 상태로 유지하게 된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 상부 위치 제어 유닛(700)은 이동 플레이트(400)의 상부의 가이드 포스트(600)에 지지되게 설치된다.
도 5를 참조하면, 상부 위치 제어 유닛(700)은 가이드 포스트(600)의 상부에 위치하며 가이드 포스트(600)에 고정되게 설치되는 상부자석(710)과, 이동 플레이트(400)의 상부면에 안착되도록 위치하며 이동 플레이트(400)와 연동하도록 가이드 포스트(600)에 이동 가능하게 설치되는 하부자석(730)을 포함한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 가이드 포스트(600)의 상단부에는 상부 스토퍼(610)가 설치될 수 있으며, 상부자석(710)은 이 상부 스토퍼(610) 바로 하부에 고정되게 설치될 수 있다. 그리고 가이드 포스트(600)가 관통하는 이동 플레이트(400)의 홀 사이에는 포스트 가이드 부시가 설치될 수 있고, 이동 플레이트(400)의 상부면에는 상기 포스트 가이드 부시(630)의 상부 플렌지부(630)가 위치하는데, 하부자석(730)은 이 상부 플렌지부(630) 상부면에 안착되게 설치될 수 있다.
상기 하부자석(730) 및 상부자석(710)은 서로 마주보는 면이 같은 극으로 형성되어 일정 거리에 접근하는 경우 척력이 발생되어 서로 밀어내게 된다. 따라서 이동 플레이트(400)가 상승하여 이에 따라 하부자석(730)이 상승하고, 하부자석(730)과 상부자석(710)간 척력이 발생하는 일정거리 만큼 접근하는 경우 서로 밀어내게 되므로, 이동 플레이트(400)는 더이상 상승하지 못하고 상기 척력에 의해 다시 하강하게 된다.
하부자석(730)과 상부자석(710)이 가지는 자력은 거리 제곱에 반비례하므로 비선형적인 특성을 가진다. 즉, 같은 극이 가까워질수록 밀어내는 힘은 비선형적으로 커지므로 작은 힘이 가해졌을 경우 작은 자력이, 큰 힘이 가해졌을 경우 큰 자력이 비선형적으로 작용하며, 이러한 특성으로 이동 플레이트(400) 즉, 실린더 로드의 위치를 제어하는데 유용하다.
하부자석(730)과 상부자석(710)은 보통 영구자석이 적용되나, 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며 전자석이 적용될 수 있다.
하부 위치 제어 유닛(800)은 서로 다른 스티프니스(stiffness, K)를 갖는 복수의 프로그레시브(progressive) 스프링으로 구성되며, 복수의 스프링은 이동 플레이트(400)의 하강시 스티프니스가 작은 순서대로 이동 플레이트(400)의 하부면과 접촉되어 압축되게 된다. 하부 위치 제어 유닛(800)은 적어도 하나 이상의 코일 스프링과 적어도 하나 이상의 벨로우즈형 공기 스프링을 포함하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 하부 위치 제어 유닛(800)은 두 개 이상의 스프링이 적용 가능한데, 그 이유는 프로그레시브 스프링을 반드시 하나의 연속된 코일 스프링으로 만들 필요가 없기 때문이다. 시스템에 맞게 하나의 연속된 코일 스프링으로 제조하는 경우 그 비용이 고가이며, 따라서 본 발명에 의하면 기 존재하는 스프링을 조합하여 구현 가능하므로 제조 원가가 획기적으로 절감되는 이점이 있다.
본 발명의 실시예에 의하면 하부 위치 제어 유닛(800)은 3개의 스프링이 적용되며, 두 개의 코일 스프링과 하나의 벨로우즈(bellows)형 공기 스프링이 적용된다. 스프링 3개를 적용한 이유는 각 스프링에 필요한 스티프니스를 줄 수 있어 무게 변화에 능동적이고 적절하게 대응할 수 있기 때문이다. 한편, 코일 스프링으로만 구성된 프로그레시브 스프링의 스피프니스는 그 값이 벨로우즈형 공기 스프링에 비하여 대략 1/10 내지 1/50 정도 수준이다. 따라서, 벨로우즈형 공기 스프링을 사용한 이유는 코일 스프링으로 커버하지 못하는 무게 증가시 이동 플레이트가 아래로 움직이는 거리를 제한하기 위한 스토퍼(버팀목) 역할을 하며, 또한 다른 두 코일 스프링이 과도하게 압축되는 것도 방지하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 하부 위치 제어 유닛(800)은 고정 플레이트(300)의 상면에 지지되게 설치되는 벨로우즈형 공기 스프링(830)과, 벨로우즈형 공기 스프링(830)보다 작은 지름과 작은 스티프니스를 가지며 벨로우즈형 공기 스프링(830)의 상면에 지지되게 설치되는 제1 코일 스프링(810) 및 벨로우즈형 공기 스프링(830)보다 작고 제1 코일 스프링(810)보다 큰 스티프니스를 가지는 제2 코일 스프링(850)을 포함한다.
한편 제2 코일 스프링(850)은 제1 코일 스프링(810) 및 벨로우즈형 공기 스프링(830)보다 더 큰 지름을 가지며, 제1 코일 스프링(810) 및 벨로우즈형 공기 스프링(830)을 감싸도록 고정 플레이트(300)의 상면에 지지되게 설치된다. 즉, 스티프니스 순으로 벨로우즈형 공기 스프링(830), 제2 코일 스프링(850), 제1 코일 스프링(810) 순서이고, 지름 크기 순으로 제2 코일 스프링(850), 벨로우즈형 공기 스프링(830), 제1 코일 스프링(810) 순서이다. 제2 코일 스프링(850)이 제1 코일 스프링(810) 및 벨로우즈형 공기 스프링(830)을 감싸도록 설치하여, 공간활용도가 높아지는 이점이 있다. 도시되지 않았으나, 제2 코일 스프링(850)을 견고하게 지지하도록 제2 코일 스프링(850)을 감싸는 별도의 커버가 설치될 수 있다.
본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며 시스템에 따라 각 스프링의 스티프니스, 지름 등을 적절하게 배치할 수 있다.
이하 도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 6 내지 도 10은 이동 플레이트(400)의 상부에서 작용하는 힘(또는 에어 실린더 유닛에 가해지는 공기압)에 따른 동작을 설명하기 위한 것으로써 이동 플레이트(400)의 높이 순서대로 도시한 것이며, 각 도면의 a)는 도 4에서의 동작을 나타내는 도면이고, 각 도면의 b)는 설명의 편의를 위해 각 도면의 a)의 상태를 쉽게 설명하기 위한 참고도이다.
본 실시예에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 코일 스프링(810) 및 제2 코일 스프링(850)의 상단이 이동 플레이트(400)의 저면에 접촉되어 있는 상태가 에어 실린더 유닛(500)에 공급되는 공기압과 상부에 가해지는 무게가 균형을 이룬 상태로 가정하고, 이 조건을 기준으로 서스펜션 시스템을 사용하기로 한다(물론 시험 조건에 따라서는 도 7에 도시된 상태 즉, 제1 코일 스프링(810) 상단만이 이동 플레이트(400)의 저면에 접촉되어 있는 상태가 균형을 이룬 상태로 가정하여 사용할 수 있다). 도 8의 경우 제1 코일 스프링(810)은 약간 압축 중인 상태이고, 제2 코일 스프링(850)은 이동 플레이트(400)에 접촉되어 있으나 아직 압축되기 전의 상태를 나타낸 것으로 이해될 수 있다.
도 8의 상태에서 에어 실린더 유닛(500)에 공기압이 증가하는 경우(또는 실린더 상부에 하중이 감소하는 경우), 에어 실린더 유닛(500)의 실린더 로드(530)는 상승하고 따라서 이동 플레이트(400) 역시 상승하게 된다. 그러면 도 7과 같이 이동 플레이트(400)의 저면은 제2 코일 스프링(850)으로부터 떨어지게 되고, 이 상태에서 이동 플레이트(400)가 더 상승하게 되면 도 6과 같이 이동 플레이트(400)는 제1 코일 스프링(810)과도 비접촉하게 된다. 이동 플레이트(400)가 어느 정도 상승하여 하부자석(730)과 상부자석(710)이 일정 거리에 접근하는 경우 척력이 발생하며, 따라서 상기 척력에 의해 이동 플레이트(400)는 더이상 상승하지 못하고 다시 하강하게 된다.
다시 도 8의 상태에서 에어 실린더 유닛(500)에 공기압이 감소하는 경우(또는 실린더 상부에 하중이 증가하는 경우), 에어 실린더 유닛(500)의 실린더 로드(530)는 하강하고 따라서 이동 플레이트(400) 역시 하강하게 된다. 그러면, 도 9와 같이 제1 코일 스프링(810)은 최대로 압축되고 제2 코일 스프링(850)도 같이 압축된다. 공기 압력이 더욱 감소하는 경우 도 10과 같이 제1 코일 스프링(810)이 최대한 압축된 상태에서 스프링의 기능은 상실하고 벨로우즈형 공기 스프링(830)에 하중을 전달하게 되어 벨로우즈형 공기 스프링(830)도 약간 압축된다. 이 때 제2 코일 스프링(850)도 압축이 진행되지만 벨로우즈형 공기 스프링(830)으로 인해 최대 압축은 되지 않게 된다.
이와 같이 미세한 압력 변화로 인해 항공기의 무게 중심의 이동이 발생하고, 서스펜션 시스템에서도 수 kg 정도의 무게 변화가 발생하여 상하로 움직임이 발생하는데, 상기와 같은 무게 변화를 억제하기 위한 수단으로 본 발명에서와 같이 상부 위치 제어 유닛(700) 및 하부 위치 제어 유닛(800)을 적용하여, 수 kg의 힘의 변화로 인해 발생하는 에어 실린더(또는 이동 플레이트)의 상하 움직임을 억제하여 결국 서스펜션 시스템을 안정 상태(stable state)로 유지할 수 있게 된다.
또한 상부 위치 제어 유닛을 이동 플레이트가 이동하는 가이드 포스트에 설치하여 별도의 설치 공간이 필요하지 않으므로 공간 활용성이 뛰어나 시스템의 전체 부피가 커지지 않는 이점이 있다. 그리고 하부 위치 제어 유닛을 스티프니스와 지름이 서로 다른 복수 개의 스프링을 적용하므로 제조비용을 줄일 수 있고 또한 설치면적을 줄여 결국 공간 활용성이 뛰어난 이점이 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10. 서스펜션 시스템 20. 항공기
100. 베이스 프레임 200. 메일 지지대
300. 고정 플레이트 400. 이동 플레이트
500. 에어 실린더 유닛 510. 실린더 튜브
530. 실린더 로드 600. 가이드 포스트
700. 상부 위치 제어 유닛 710. 상부자석
730. 하부자석 800. 하부 위치 제어 유닛
810. 제1 코일 스프링 830. 벨로우즈형 공기 스프링
850. 제2 코일 스프링 900. 재킹 어답터

Claims (5)

  1. 실린더 튜브가 고정되는 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트 상부에 위치하며, 상기 실린더 튜브 내부에 설치되어 공급되는 공기에 의해 상하 이동을 하는 실린더 로드에 연결되어 상기 고정 플레이트와 상대 운동을 하여 상하 이동하는 이동 플레이트, 및 상기 이동 플레이트의 이동을 가이드하도록 상기 고정 플레이트로부터 상부방향으로 돌출하여 상기 이동 플레이트를 관통하도록 설치되는 가이드 포스트를 포함하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 위치 제어 장치에 관한 것으로써,
    상기 이동 플레이트의 상부에 설치되며, 상기 실린더 로드의 상승에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이상으로 상승하는 것을 자석을 이용하여 억제하기 위한 상부 위치 제어 유닛; 및,
    상기 이동 플레이트와 고정 플레이트 사이에 설치되며, 상기 실린더 로드의 하강에 따라 이동 플레이트가 일정 위치 이하로 하강하는 것을 스프링을 이용하여 억제하기 위한 하부 위치 제어 유닛;을 포함하며,
    상기 상부 위치 제어 유닛은, 상기 이동 플레이트 상부의 가이드 포스트에 지지되게 설치되며, 서로 마주보는 면이 같은 극으로 형성된 두 개의 자석을 이용하여 상기 이동 플레이트의 상승에 의해 두 개의 자석이 일정 거리에 접근하는 경우 척력에 의해 서로 밀어내면서 상기 이동 플레이트가 하강하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 위치 제어 유닛은,
    상기 가이드 포스트의 상단부에 위치하며, 상기 가이드 포스트에 고정되게 설치되는 상부자석; 및,
    상기 이동 플레이트의 상부면에 안착되도록 위치하며, 상기 이동 플레이트와 연동하도록 상기 가이드 포스트에 이동가능하게 설치되는 하부자석;을 포함하며,
    상기 상부자석 및 하부자석은 서로 마주보는 면이 같은 극으로 형성되어 일정 거리에 접근하는 경우 서로 밀어내는 것을 특징으로 하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 위치 제어 유닛은,
    상기 고정 플레이트의 상면에 지지되게 설치되는 벨로우즈(bellows)형 공기 스프링;
    상기 벨로우즈형 공기 스프링보다 작은 지름과 작은 스티프니스(stiffness, K)를 가지며, 상기 벨로우즈형 공기 스프링의 상면에 지지되게 설치되는 제1 코일 스프링; 및,
    상기 벨로우즈형 공기 스프링보다 작고 상기 제1 코일 스프링보다 큰 스티프니스를 가지며, 상기 제1 코일 스프링 및 벨로우즈 스프링보다 더 큰 지름을 가져 상기 제1 코일 스프링 및 벨로우즈 스프링을 감싸도록 상기 고정 플레이트의 상면에 지지되게 설치되는 제2 코일 스프링;을 포함하며,
    상기 이동 플레이트 하강시 상기 이동 플레이트의 저면이 스티프니스가 점차 작아지는 상기 벨로우즈형 공기 스프링과, 상기 제2 코일 스프링 및 상기 제1 코일 스프링의 순서대로 접촉되면서 압축시키는 것을 특징으로 하는 서스펜션 시스템의 안정화를 위한 에어 실린더 위치 제어 장치.
  5. 삭제
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