KR102186762B1 - 각변위 센서를 적용한 mr댐퍼 착륙장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치에 관한 것으로서, 외부 충격에 안전한 각변위 센서를 이용하여 변위를 측정하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치에 관한 것이다.

Description

각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치{MR DAMPER LANDING DEVICE WITH ANGULAR DISPLACEMENT SENSOR}
본 발명은 각변위 센서를 이용하여 다양한 착륙환경에 요구되는 감쇠력을 계산 및 조절하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치에 관한 것이다.
일반적으로 항공기 착륙 장치에 사용되는 유공압 완충장치의 감쇠력 조절 방법은 오리피스와 미터링 핀을 이용해 유요 오리피스 단면적을 변화시킴으로써 감쇠력을 조절하는 방식이다.
또한, 최근에는 MR댐퍼(Magneto-Rheological)를 항공기 착륙 장치에 적용하는 시도가 증가하고 있다. MR댐퍼(Magneto-Rheological)는 외부에서 인가되는 전류에 의해 전자기장을 발생시켜, MR 유체의 점성의 변화를 통해 감쇠력을 가변시키는 장치이다. 전류가 전달되는 상태에서는 전자기장이 형성되며, 이는 유로 내에 존재하는 MR 유체의 점성을 높게 만든다. 이때, 피스톤이 높은 점성의 유체를 습동하면서 높은 감쇠력을 발생시킨다.
MR댐퍼 창륙장치는 반 능동형 착륙장치로 MR유체의 특성을 변화시켜 충격흡수효율을 높이는 반 능동형 착륙장치이다.
현재까지 반능동형 MR착륙장치의 층격흡수효율 및 탑승감을 높이기 위한 다양한 제어기법이 연구되어지고 있다. 현재 쓰이는 모든 제어기법은 착륙상황에 요구되어지는 적절한 제어감쇠력을 계산하는데, 이는 착륙장치의 수학적 모델링과 센싱을 통해 얻은 데이터로 이루어지는 정확한 내력계산이 기본적으로 요구된다.
이중 스트로크를 측정할 때 쓰이는 스트링 센서는 MR댐퍼의 스트로크를 측정하는 가장 일반적인 형태의 센서이다.
이러한 MR댐퍼를 이용한 착륙장치로는 한국등록특허 제10-1942366호(이하, '특허문헌1'이라 함)에 기재된 것이 공지되어 있다.
특허문헌 1은 스트링 변위센서를 이용하여 변위를 측정함으로써 MR댐퍼의 착륙효율 및 탑승감을 높이기 위한 감쇠력을 계산하기 위해 필요한 MR댐퍼의 변위를 제공하게 된다.
하지만, 착륙장치에 스트링 센서가 부착되는 경우 센서가 필연적으로 외부에 노출되게 되고, 센서의 줄은 외부충격에 매우 취약하기 때문에 충격으로 인해 센서의 줄이 장력을 잃는 경우 착륙장치가 OFF Control(더 이상 스트로크를 측정할 수 없기 때문에 내력계산이 불가능해지고 제어력을 계산하는 과정 또한 불가능해짐)이 되는 상황이 발생할 수 있다.
한국등록특허 제10-1942366호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 외부환경에 안정적인 구조의 각변위 센서를 이용해서 MR댐퍼의 변위를 측정하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 특징에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치는, 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 상부에 MR유체가 흐르는 복수개의 유로와 자기력을 생성하는 복수개의 코일이 권취되어 형성되고 상면에 릴리프 밸브가 형성되어 비행기 바퀴측과 연결되는 피스톤; 원통의 형상으로 형성된 내부 공간에 플로팅 피스톤이 형성되고, 상기 플로팅 피스톤의 상부영역에 압축성 유체가 충진된 제1챔버와 상기 플로팅 피스톤의 하부영역에 MR유체가 충진되고 상기 피스톤이 내부로 삽입되는 제2챔버가 형성되어 비행기 동체 측에 연결되는 실린더; 상기 피스톤이 상기 실린더에 대해 직선운동을 수행하기 위하여 상기 실린더의 내측면과 상기 피스톤의 외측면 사이에 형성되는 베어링; 및 상기 실린더의 외측면에 연결되는 제1링크와 상기 피스톤의 외측면에 연결되는 제2링크가 연결되는 연결부에 형성되고, 상기 제1링크와 상기 제2링크의 사이의 각도를 측정하는 각변위 센서;를 포함하고, 상기 코일이 생성하는 자기력의 세기는, 상기 각변위 센서에 의해 측정되는 상기 실린더와 상기 피스톤의 사이각에 의해 연산되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)의 크기에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 릴리프 밸브는 상기 피스톤이 상승하면 열리고, 상기 피스톤이 하강하면 닫히는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 베어링은, 상기 실린더의 내측면에 고정되는 고정 베어링과, 상기 피스톤의 외측면에 고정되는 유동 베어링인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트로크에 따른 내력(Fs)은 아래 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
Figure 112019117443666-pat00001
여기서, Fd는 MR유체에 의한 감쇠력, Fa는 완충유체에 의한 공기력, Ff는 상기 실린더와 상기 피스톤의 마찰에 의한 마찰력이다.
또한, 상기 스크로크(s)는 아래 식에 의해 연산 되는 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
Figure 112019117443666-pat00002
여기서 L1은 상기 제2링크의 길이, L2는 상기 제1링크의 길이, L3는 상기 피스톤의 외면에서부터 상기 실린더의 외면까지의 수평거리이다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치는 다음과 같은 효과가 있다.
각변위 센서는 부피가 크지 않으므로 링크의 연결부, 즉, 힌지부에 장착될 수 있다. 이러한 힌지부는 외부충격에 비교적 안정적이므로, 각변위 센서는 외부충격에 의해 쉽게 파손되지 않는다.
또한, 각변위 센서는 링크의 규격과 사이각을 알고 있다면 보다 쉽게 착륙장치의 스트로크(s)를 도출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 스트로크(s)를 나타낸 도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 MR댐퍼에 압축력이 작용했을 때 MR유체의 유동경로를 나타낸 도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 MR댐퍼에 인장력이 작용했을 때 MR유체의 유동경로를 나타낸 도.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 코일에 전류가 인가되었을때의 수치 및 상수를 나타낸 도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치에 마찰력이 발생했을 때의 수치 및 상수를 나타낸 도.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 흡수힘(Fs max)과 스트로크(s)와의 관계에 대한 그래프.
이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시 예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시 예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치(10)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 스트로크(s)를 나타낸 도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 MR댐퍼에 압축력이 작용했을 때 MR유체의 유동경로를 나타낸 도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 MR댐퍼에 인장력이 작용했을 때 MR유체의 유동경로를 나타낸 도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 코일에 전류가 인가되었을때의 수치 및 상수를 나타낸 도이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치에 마찰력이 발생했을 때의 수치 및 상수를 나타낸 도이고, 도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치의 흡수힘(Fs max)과 스트로크(s)와의 관계에 대한 그래프이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치(10)는 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 내부 공간의 상부에 MR유체가 흐르는 복수개의 유로(340)와 자기력을 생성하는 복수개의 코일(350)이 권취되어 형성되고 상면에 릴리프 밸브(330)가 형성되어 비행기 바퀴(30)측과 연결되는 피스톤(300), 원통의 형상으로 형성된 내부 공간에 플로팅 피스톤(230)이 형성되고, 플로팅 피스톤(230)의 상부영역에 압축성 유체가 충진된 제1챔버(210)와 플로팅 피스톤(230)의 하부영역에 MR유체가 충진되고 피스톤(300)이 내부로 삽입되는 제2챔버(220)가 형성되어 비행기 동체(20) 측에 연결되는 실린더(200), 피스톤(300)이 실린더(200)에 대해 직선운동을 수행하기 위하여 실린더(200)의 내측면과 피스톤(300)의 외측면 사이에 형성되는 베어링(600) 및 실린더(200)의 외측면에 연결되는 제1링크(410)와 피스톤(300)의 외측면에 연결되는 제2링크(420)가 연결되는 연결부에 형성되고, 제1링크(410)와 제2링크(420)의 사이의 각도를 측정하는 각변위 센서(500)를 포함하고, 코일(350)이 생성하는 자기력의 세기는, 각변위 센서(500)에 의해 측정되는 실린더(200)와 피스톤(300)의 사이각에 의해 연산되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)의 크기에 의해 제어될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, MR댐퍼(100)는 MR 유체를 포함하는 실린더(200)와 피스톤(300)으로 구성될 수 있다.
실린더(200)는 원통의 형상으로 형성될 수 있으며, 실린더(200)의 상부는 폐쇄되고 실린더(200)의 하부는 개구될 수 있다. 이러한 실린더(200)는 비행기의 동체 측에 연결될 수 있다.
실린더(200)는 원통의 형상으로 형성된 내부 공간이 형성될 수 있으며, 실린더(200)의 내부에는 플로팅 피스톤(230)이 형성될 수 있다. 실린더(200)의 내부 공간은 플로팅 피스톤(230)에 의해 제1챔버(210)와 제2챔버(220)로 분리될 수 있다.
제1챔버(210)는 플로팅 피스톤(230)에 의해 나누어진 실린더(200)의 내부영역 중 상부 영역을 말한다. 제1챔버(210)는 실린더(200)의 상면과 플로팅 피스톤(230)에 의해 폐쇄된 공간으로 형성될 수 있으며, 제1챔버(210)에는 압축성 유체가 충진될 수 있다.
압축성 유체는 공기 또는 질소일 수 있으나 이와 같은 물질로 한정되는 것은 아니다.
제2챔버(220)는 플로팅 피스톤(230)에 의해 나누어진 실린더(200)의 내부영역 중 하부 영역을 말한다. 제2챔버(220)는 하부가 개구될 수 있으며, 개구된 하부를 통해 실린더(200)의 내부로 피스톤(300)이 삽입될 수 있다. 피스톤(300)이 삽입된 제2챔버(220)에는 MR유체가 충진될 수 있다.
피스톤(300)은 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 내부 공간은 상부 챔버(310)와 하부 챔버(320)로 나뉘어 형성될 수 있다. 피스톤(300)의 상부 챔버(310)에는 MR유체가 흐를 수 있는 복수개의 유로(340)와, 코일(350)이 권취되어 형성되는 코어부(311)가 형성될 수 있고, 피스톤(300)의 하부 챔버(320)는 빈공간으로 형성될 수 있다. 피스톤(300)은 실린더(200)에 대해 상대적인 직선 운동을 수행할 수 있다. 이러한 피스톤(300)은 비행기의 바퀴측과 연결될 수 있다.
코어부(311)는 상부 챔버(310)에 형성될 수 있으며, 코어부(311)의 상면은 상부 챔버(310)의 상면과 동일한 위치에 형성될 수 있고, 코어부(311)의 하면은 상부 챔버(310)의 하면보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 즉, 코어부(311)의 하면과 상부 챔버(310)의 하면 사이에는 여유공간부(312)이 형성되는 것이다. 여유공간부(312) 양측면에는 MR유체가 유입 또는 유출되는 유로홀(313)이 형성될 수 있다.
코어부(311)는 내부에 유로(340)가 형성됨으로써 코어부(311)의 내부로 MR유체가 유동될 수 있다.
유로(340)는 릴리프 밸브(330)와 연결되며, 코어부(311)의 중심부를 관통하며 형성되는 파이프형 유로(342)와, 파이프형 유로(342)의 양측면에 형성되고 직경이 파이프형 유로(342)의 직경보다 비교적 작게 형성될 수 있는 환형 유로(341)로 구성될 수 있다.
환형 유로(341)는 일측이 코어부(311)의 상면에 개구되어 형성될 수 있고, 타측이 코어부(311)의 하면에 개구되어 형성될 수 있다. 환형 유로(341)의 일측과 타측 모두 개구된 환형으로 형성될 수 있는 것이다. 이러한 환형 유로(341)에는 실린더(200)의 움직임에 의해 MR유체가 흐르게 된다.
파이프형 유로(342)는 일측이 코어부(311)의 상면에 개구되어 형성될 수 있고, 타측이 코어부(311)의 하면에 개구되어 형성될 수 있다. 이때, 파이프형 유로(342)의 일측에 릴리프 밸브(330)가 설치될 수 있다. 즉, 파이프형 유로(342)의 일측은 릴리프 밸브(330)가 설치될 수 있고, 파이프형 유로(342)의 타측은 코어부(311)의 하면에 개구되어 형성될 수 있는 것이다.
릴리프 밸브(330)는 피스톤(300)의 움직임에 따라 작동하게 되는데, 릴리프 밸브(330)는 피스톤(300)이 상승하면 닫히고, 피스톤(300)이 하강하면 열리게 된다.
피스톤(300)이 상승하면 실린더(200)의 내부에 충진된 MR유체는 피스톤(300)의 상부에서 하부 방향으로 흐르게 되고 MR유체의 유압에 의해 릴리프 밸브(330)는 닫힌 상태를 유지하게 된다. 이때, MR유체는 피스톤(300)의 환형 유로(3410)를 따라 유동하게 된다.
피스톤(300)이 하강하면 실린더(200)의 내부에 충진된 MR유체는 피스톤(300)의 하부에서 상부 방향으로 흐르게 되면서 릴리프 밸브(330)는 열리게 된다. 이때, MR유체는 피스톤(300)의 환영 유로(341) 및 파이프형 유로(342)로 유동하게 된다. 즉, 파이프형 유로(342)로 유동하는 MR유체의 유압에 의해 릴리프 밸브(330)는 열리게 되는 것이다.
구체적으로, 제2챔버(220)의 내부에 피스톤(300)이 삽입된 상태에서, 피스톤(300)이 상승하게 되면, MR유체는 코어부(311)의 상면을 통해 환형 유로(341)로 유입된 후 코어부(311)를 관통하며 유동하게 된다. 코어부(311)의 내부로 유동된 MR유체는 환형 유로(341)를 통해 코어부(311)의 하면으로 유출되어 여유공간부(312)로 유동된 후, 여유공간부(312) 양측에 형성된 유로홀(313)을 통해 다시 제2챔버(220)로 유동될 수 있다. 이때, 릴리프 밸브(330)는 MR유체에 의해 압축력을 받게 되고 닫힌 상태를 유지하게 된다.
이와 반대로, 피스톤(300)이 하강하게 되면, MR유체는 유로홀(313)을 통해 여유공간부(312)로 유입된 후, 코어부(311)의 하면을 통해 코어부(311)의 내부로 유동될 수 있다. 피스톤(300)이 하강함에 따라, 릴리프 밸브(330)는 인장력을 받아 열리게 됨으로써, MR유체는 코어부(311)의 환형 유로(341) 및 파이프형 유로(342) 모두로 유동될 수 있다. 환형 유로(341) 및 파이프 형 유로(340)로 유동된 MR유체는 코어부(311)를 관통하여 코어부(311)의 상면으로 유출될 수 있다.
피스톤(300)은 실린더(200)가 고정이 된 상태에서 실린더(200)에 대해 직선운동을 하게 되는데, 피스톤(300)이 실린더(200)에 삽입되는 운동, 즉, 피스톤(300)이 상승하면 MR유체는 피스톤(300)의 외부에서 내부로 유동되는 흐름이 발생하게 된다.
이와 반대로 피스톤(300)이 실린더(200)에 인출되는 운동, 즉, 피스톤(300)이 하강하면 MR유체는 피스톤(300)의 내부에서 외부로 유동하는 흐름이 발생하는 것이다.
MR댐퍼(100)는 피스톤(300)이 상승하면 압축력이 발생되고, 피스톤(300)이 하강하면 인장력이 발생되며, 이에 따라 릴리프 밸브(330)는 열리거나 닫히게 되는 것이다.
이처럼, MR유체는 피스톤(300)의 움직임에 따라 코어부(311)의 내부 또는 외부로 유동되는 흐름이 발생될 수 있다.
코어부(311)는 내부에 코일(350)이 권취되어 형성될 수 있다. 코일(350)은 코어부(311)의 내부의 양측면에 권취되어 형성될 수 있으며, 코일(350)에 전류가 인가되면, MR유체는 코일(350)에 인가된 전류의 세기에 따라 점도가 증가되어, MR유체에 의한 감쇠력이 증가할 수 있다.
실린더(200)의 내측면과 피스톤(300)의 외측면 사이에는 베어링(600)이 형성될 수 있다.
베어링(600)은 유동 베어링(620)과 고정 베어링(610)으로 구성될 수 있다. 유동 베어링(620)은 피스톤(300)의 외측면에 고정되어 형성될 수 있고, 고정 베어링(610)은 실린더(200)의 내측면에 고정되어 형성될 수 있다. 실린더(200)의 내측면과 피스톤(300)의 외측면 사이에 베어링(600)이 형성됨으로써, 피스톤(300)은 실린더(200)에 대해 직선운동을 수행할 수 있게 되는 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤(300)의 외측면과 실린더(200)의 외측면에는 링크가 연결될 수 있다. 링크는 제1링크(410)와 제2링크(420)로 구성될 수 있으며, 제1링크(410)와 제2링크(420)는 연결되어 형성될 수 있다. 제1링크(410)의 일측은 제2링크(420)와 연결되고, 제1링크(410)의 타측은 실린더(200)와 연결될 수 있다. 제2링크(420)의 일측은 제1링크(410)와 연결되고, 제2링크(420)의 타측은 피스톤(300)과 연결될 수 있다.
제1링크(410)와 제2링크(420)가 연결되는 연결부에는 각변위 센서(500)가 구비될 수 있다. 각변위 센서(500)는 제1링크(410)와 제2링크(420)의 연결부에 설치되어 피스톤(300)이 실린더(200)에 대해 직선운동을 수행함에 따라 변화되는 제1링크(410)와 제2링크(420)사이의 각도를 측정할 수 있다.
이하, 제어부(미도시)에서 수행되는 연산으로써, MR댐퍼의 완충기력 즉, 스트로크에 따른 내력(Fs)의 연산에 대해 설명한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 이용한 착륙장치(10)의 스트로크에 따른 내력(Fs max)과 스트로크(s)와의 관계에 대한 그래프다.
도 7의 그래프에서 세로축의 Strut Forces는 스트로크에 따른 내력(Fs)의 값을 나타낼 수 있고, 가로축의 Stroke는 스트로크(s)의 값을 나타낼 수 있다. 이때, smax는 피스톤(300)에 대한 실린더(200)의 상대적인 직선운동 변위인 스트로크(s)의 최대값을 나타낼 수 있다.
스트로크(s)는 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(300)이 실린더(200)의 내부로 삽입되었을 때의 하면의 높이와 피스톤(300)이 실린더(200)에서 인출되었을 때의 하면의 높이이 차의 값을 말하며, 스트로크(s)값은 각변위 센서(500)로 측정된 제1링크(410)와 제2링크(420)의 사이각을 이용하여 연산될 수 있다.
스트로크(s)는 각변위 센서(500)를 통해 측정된 제1링크(410)와 제2링크(420)의 사이각을 이용하여 제2코사인 법칙을 통해 연산 될 수 있다.
먼저 아래의 수학식을 이용하여 x값을 도출할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019117443666-pat00003
여기서 x는 제1링크(410)와 실린더(200)가 맞닿은 점에서부터 제2링크(420)와 피스톤(300)이 맞닿은 점까지의 직선거리를 말한다.
이러한 x값을 이용하여 피타고라스의 정리를 이용하여 스트로크(s)값을 연산할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019117443666-pat00004
[수학식 2]에 [수학식 1]의 x2의 값을 대입하면 스트로크(s)값을 아래의 수학식을 이용하여 연산할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019117443666-pat00005
도 1에 도시된 바와 같이, [수학식 1] 내지 [수학식 3]에서 L1은 제1링크(410)의 길이, 즉, 각변위 센서(500)에서부터 실린더(200)의 외면까지의 거리이고, L2는 제2링크(420)의 길이, 즉, 각변위 센서(500)에서부터 피스톤(300)의 외면까지의 거리이다. L3은 피스톤(300)의 외면의 수직선상에서부터 실린더(200)의 외면의 수직선상까지의 수평거리이다.
스트로크(s)값을 이용하여 착륙 시 착륙장치(10)에 작용하는 스트로크에 따른 내력(Fs)을 아래 수학식과 같이 연산할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019117443666-pat00006
여기서, Fd는 MR유체에 의한 감쇠력, Fa는 압축성 유체에 의한 공기력, Ff는 실린더(200)와 피스톤(300)의 마찰에 의한 마찰력이다.
Fd는 실린더(200)에 대한 피스톤(300)의 상대적인 직선운동 시 발생되는 MR유체의 점성에 의한 감쇠력(Fv)과 자기장에 의한 감쇠력(Fy)의 합이다. 이때, 점성에 의한 감쇠력은 피스톤(300)이 압축력을 받을 때, 즉, 피스톤(300)이 상승할 때의 감쇠력과 피스톤(300)이 인장력을 받을 때, 즉, 피스톤(300)이 하강할 때의 감쇠력으로 구분될 수 있다.
피스톤(300)이 상승할 때와 피스톤(200)이 하강할 때의 감쇠력은, 릴리프 밸브(330)가 열리고 닫힘에 따라, 피스톤(300) 내부로 흐르는 유량이 다르게 나타기 때문에 각각 다르게 구분될 수 있는 것이다.
피스톤(300)이 상승할 때, 즉, MR댐퍼(100)에 압축력이 가해졌을 때 MR댐퍼(100)에 작용하는 MR유체의 점성에 의한 감쇠력(Fv1)은 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019117443666-pat00007
도 3에 도시된 바와 같이, μ는 점성계수(viscosity), L은 환형 유로(341)의 길이, h1은 환형 유로(341)의 틈새너비, R1은 피스톤(300)의 중심선(c)에서부터 환형 유로(341)의 중심선(c1) 까지의 거리, A1은 실린더(200)의 내경의 넓이, A2는 피스톤(300)의 내경의 넓이, Ar은 피스톤(300) 외벽의 단면적, Q는 피스톤 스트로크에 의한 MR유체의 유량이다.
피스톤(300)이 하강할 때, 즉, MR댐퍼(100)에 인장력이 가해졌을 때 MR댐퍼(100)에 작용하는 MR 유체의 점성에 의한 감쇠력(Fv2)은 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112019117443666-pat00008
도 4에 도시된 바와 같이, Rd는 파이프형 유로(342)의 반경을 나타내고, 이외에 상수는 [수학식 5]와 동일하다.
피스톤(300) 내부에 권취된 코일(350)에 전류가 인가되었을 때 발생되는 자기장에 의한 감쇠력(Fy)은 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112019117443666-pat00009
도 5에 도시된 바와 같이, c는 MR유체의 유속함수, lt는 전체유효자극길이(l1+l2+l3),
Figure 112019117443666-pat00010
는 자기장에 의한 항복전단응력을 나타낸다.
[수학식 5], [수학식 6] 및 [수학식 7]를 이용하면, 피스톤(300)에 대한 실린더(200)의 상대적인 직선운동 시 발생되는 MR유체에 의한 감쇠력을 알 수 있는 것이다.
구체적으로, 피스톤(300)이 상승할 때, 즉, MR댐퍼(100)에 압축력이 가해졌을 때 MR댐퍼(100)에 작용하는 감쇠력(Fd)은 MR유체의 점성에 의한 감쇠력(Fv1)과 피스톤(300) 내부에 권취된 코일(350)에 전류가 인가되었을 때 발생되는 자기장에 의한 감쇠력(Fy)을 합한 힘의 값으로 나타날 수 있는 것이다. 즉, [수학식 5]와 [수학식 7]을 합하면 MR댐퍼(100)에 압축력이 가해졌을 때 작용하는 감쇠력을 구할 수 있다. 또한, 피스톤(300)이 하강할 때, 즉, MR댐퍼(100)에 인장력이 가해졌을 때 MR댐퍼(100)에 작용하는 감쇠력(Fd)은 [수학식 6]과 [수학식 7]을 합함으로써 감쇠력을 구할 수 있게 되는 것이다.
압축성 유체에 의한 공기력(Fa)은 피스톤 스트로크에 의해 MR댐퍼(100)가 인장 또는 압축됨으로써 실린더(200) 내의 부피가 변화하게 되는데, 이때, 실린더(200) 내 부피 변화에 대한 부피 보상을 위해 제1챔버(210) 내 압축성 유체인 가스가 압축되는 힘을 말한다.
압축성 유체에 의한 공기력(Fa)은 폴리트로픽 법칙에 근거하여 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112019117443666-pat00011
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, p0는 초기 제1챔버(210)의 내압, V0는 초기 제1챔버(210)의 체적, Vs는 압축된 후의 에어챔버 체적, ATM은 기압을 나타낸다.
실린더(200)와 피스톤(300)의 마찰에 의한 마찰력(Ff)은 MR댐퍼에 노면의 가진으로 인한 스트로크가 발생하게 되면, MR댐퍼의 중심축과 타이어 하중(FT) 사이의 오프셋(Dv)으로 인한 베어링(600)에 작용하는 마찰력을 말한다.
실린더(200)와 피스톤(300)의 마찰에 의한 감쇠력(Ff)은 아래 수학식에 의해 연산될 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112019117443666-pat00012
도 6에 도시된 바와 같이, μa는 유동 베어링(620)에 작용하는 마찰계수, μb는 고정 베어링(610)에 작용하는 마찰계수, FT는 타이어에 작용하는 하중, Dv는 MR댐퍼(100)의 중심축과 타이어 하중(FT) 사이의 오프셋, Db+s는 고정 베어링(610)에서부터 유동 베어링(620) 까지의 거리를 나타낸다.
[수학식 5] 내지 [수학식 9]을 이용하게 되면, 도 7의 그래프에서 세로축인 스트로크(s)에 따른 스트로크에 따른 내력(Fs)을 연산할 수 있게 되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)이 Fmax값을 유지하도록, MR유체의 점도가 설정될 수 있게 되는 것이다. 이와 같이 설정된 점도를 MR유체가 구비하도록, 제어부(미도시)로부터 제어신호가 전달되어 제어신호에 따른 세기의 전류가 코일(350)로 인가될 수 있게 된다.
이처럼, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치(10)는 완충기의 변위를 얻기 위해 각변위 센서(500)를 이용함으로써 외부충격에 의해 쉽게 파손되지 않고 안정적으로 변위를 측정할 수 있는 효과가 있다.
각변위 센서(500)는 부피가 크지 않으므로 링크(400)의 연결부, 즉, 힌지부에 장착될 수 있다. 이러한 힌지부는 외부충격에 비교적 안정적이므로, 각변위 센서(500)는 외부충격에 의해 쉽게 파손되지 않는다. 또한, 각변위 센서(500)는 링크(400)의 규격과 사이각을 알고 있다면 보다 쉽게 착륙장치(10)의 스트로크(s)를 도출할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 착륙장치
100: MR댐퍼 200: 실린더
210: 제1챔버 220: 제2챔버
230: 플로팅 피스톤
300: 피스톤 310: 상부 챔버
320: 하부 챔버 330: 릴리프 밸브
340: 유로 350: 코일
400: 링크 500: 각변위 센서
600: 베어링

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 상부에 MR유체가 흐르는 복수개의 유로와 자기력을 생성하는 복수개의 코일이 권취되어 형성되고 상면에 릴리프 밸브가 형성되어 비행기 바퀴측과 연결되는 피스톤;
    원통의 형상으로 형성된 내부 공간에 플로팅 피스톤이 형성되고, 상기 플로팅 피스톤의 상부영역에 압축성 유체가 충진된 제1챔버와 상기 플로팅 피스톤의 하부영역에 MR유체가 충진되고 상기 피스톤이 내부로 삽입되는 제2챔버가 형성되어 비행기 동체 측에 연결되는 실린더;
    상기 피스톤이 상기 실린더에 대해 직선운동을 수행하기 위하여 상기 실린더의 내측면과 상기 피스톤의 외측면 사이에 형성되는 베어링; 및
    상기 실린더의 외측면에 연결되는 제1링크와 상기 피스톤의 외측면에 연결되는 제2링크가 연결되는 연결부에 형성되고, 상기 제1링크와 상기 제2링크의 사이의 각도를 측정하는 각변위 센서;를 포함하고,
    상기 코일이 생성하는 자기력의 세기는, 상기 각변위 센서에 의해 측정되는 상기 실린더와 상기 피스톤의 사이각에 의해 연산되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)에 크기에 의해 제어되고,
    상기 릴리프 밸브는 상기 피스톤이 상승하면 열리고, 상기 피스톤이 하강하면 닫히는 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
  3. 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 상부에 MR유체가 흐르는 복수개의 유로와 자기력을 생성하는 복수개의 코일이 권취되어 형성되고 상면에 릴리프 밸브가 형성되어 비행기 바퀴측과 연결되는 피스톤;
    원통의 형상으로 형성된 내부 공간에 플로팅 피스톤이 형성되고, 상기 플로팅 피스톤의 상부영역에 압축성 유체가 충진된 제1챔버와 상기 플로팅 피스톤의 하부영역에 MR유체가 충진되고 상기 피스톤이 내부로 삽입되는 제2챔버가 형성되어 비행기 동체 측에 연결되는 실린더;
    상기 피스톤이 상기 실린더에 대해 직선운동을 수행하기 위하여 상기 실린더의 내측면과 상기 피스톤의 외측면 사이에 형성되는 베어링; 및
    상기 실린더의 외측면에 연결되는 제1링크와 상기 피스톤의 외측면에 연결되는 제2링크가 연결되는 연결부에 형성되고, 상기 제1링크와 상기 제2링크의 사이의 각도를 측정하는 각변위 센서;를 포함하고,
    상기 코일이 생성하는 자기력의 세기는, 상기 각변위 센서에 의해 측정되는 상기 실린더와 상기 피스톤의 사이각에 의해 연산되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)에 크기에 의해 제어되고,
    상기 베어링은,
    상기 실린더의 내측면에 고정되는 고정 베어링과, 상기 피스톤의 외측면에 고정되는 유동 베어링인 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
  4. 원통의 형상으로 내부 공간이 형성되고, 상기 내부 공간의 상부에 MR유체가 흐르는 복수개의 유로와 자기력을 생성하는 복수개의 코일이 권취되어 형성되고 상면에 릴리프 밸브가 형성되어 비행기 바퀴측과 연결되는 피스톤;
    원통의 형상으로 형성된 내부 공간에 플로팅 피스톤이 형성되고, 상기 플로팅 피스톤의 상부영역에 압축성 유체가 충진된 제1챔버와 상기 플로팅 피스톤의 하부영역에 MR유체가 충진되고 상기 피스톤이 내부로 삽입되는 제2챔버가 형성되어 비행기 동체 측에 연결되는 실린더;
    상기 피스톤이 상기 실린더에 대해 직선운동을 수행하기 위하여 상기 실린더의 내측면과 상기 피스톤의 외측면 사이에 형성되는 베어링; 및
    상기 실린더의 외측면에 연결되는 제1링크와 상기 피스톤의 외측면에 연결되는 제2링크가 연결되는 연결부에 형성되고, 상기 제1링크와 상기 제2링크의 사이의 각도를 측정하는 각변위 센서;를 포함하고,
    상기 코일이 생성하는 자기력의 세기는, 상기 각변위 센서에 의해 측정되는 상기 실린더와 상기 피스톤의 사이각에 의해 연산되고, 스트로크에 따른 내력(Fs)에 크기에 의해 제어되고,
    스트로크(s)에 따른 스트로크에 따른 내력(Fs)은 아래 식에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
    Figure 112020107002714-pat00013

    여기서, Fd는 MR유체에 의한 감쇠력, Fa는 완충유체에 의한 공기력, Ff는 상기 실린더와 상기 피스톤의 마찰에 의한 마찰력이다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스트로크(s)는 아래 식에 의해 연산 되는 것을 특징으로 하는 각변위 센서를 적용한 MR댐퍼 착륙장치.
    Figure 112019117443666-pat00014

    여기서 L1은 상기 제2링크의 길이, L2는 상기 제1링크의 길이, L3는 상기 피스톤의 외면에서부터 상기 실린더의 외면까지의 수평거리이다.
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