KR102612455B1 - 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치 및 방법 - Google Patents

고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치는, 시험대상체의 상부로 일정한 높이를 유지하도록 지지하는 부분과 시험대상체에 결합되는 기둥형 부재를 통하여 시험대상체에 미리 설정된 운동력을 전달하는 수직면운동장치, 수직면운동장치의 상단에 결합되고 기둥형 부재의 가속도를 계측하는 가속도계를 포함하며 가속도계에서 측정된 계측결과값에 따라 작동되어 일정 무게의 추를 상방 또는 하방으로 이송시키는 구동력을 발생시키는 모터를 포함하는 진동억제장치 및 가속도계로부터 기둥형 부재의 가속도에 대한 계측결과값을 전달받아 사전 설정된 수식에 대입하여 계산결과값을 계산하고 계산결과값에 따라 구동모터의 회전을 제어하여 진동억제장치에 포함된 일정 무게의 추가 계산결과값에 따른 위치로 이동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 수직면운동장치(VPMM)를 구동함으로써 발생하는 불필요한 진동을 저감할 수 있으며, 가속도계로 모니터링 함으로써 그 효과를 실시간으로도 검증할 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치 및 방법{VIBRATION SUPPRESSING DEVICE AND METHOD FOR VERTICAL PLANAR MOTION MECHANISM TESTS WITH HIGH ACCURACY}
본 발명은 수중 운동체의 상하동요 및 종동요 시험을 수행하기 위하여 사용되는 수직면운동장치(VPMM)에 관한 것으로, 시험 중 수직면운동장치(VPMM)에 악영향을 미치는 진동을 억제할 수 있는, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박과 같이 아주 거대한 운동체는 비용절감의 차원에서 기본 설계 단계에서부터 선박 및 수중운동체의 기본 성능을 만족하는가에 대한 시뮬레이션이 필수적이다. 대표적으로 조종성능은 모델의 무차원 유체력 미계수를 도입하여 시뮬레이션을 수행함으로써 평가될 수 있다. 이와 같이 선박 및 수중운동체가 건조되기 이전 단계에서 조종성능을 추정해 봄으로써 상당한 비용절감의 효과를 가질 수 있다. 또한 시뮬레이션 단계를 통하여 선박 및 수중운동체의 설계에 있어서 여러 가지 대안에 대한 검증도 가능하게 된다.
이러한 유체력 미계수를 추정하기 위한 방법으로는, 보통 PMM(Planar Motion Mechanism) 시험이나 회전팔(Rotating Arm) 시험 및 CMT(Circular Motion Test)가 많이 활용되고 있다. 그중에서도 PMM 시험은 부가 질량력과 감쇠력을 동시에 구할 수 있고, 저항시험을 위한 예인수조에서 시험을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
또한, PMM 장비는 그 용도 및 동적 거동 형태에 따라 HPMM(Horizontal PMM) 장비와 VPMM(Vertical PMM) 장비로 구분되고 있다.
VPMM 시험수행 시, 시험대상체와 연결된 두 축의 상하왕복운동 장치를 각각 구동시켜, 시험대상체에 상하동요와 종동요 운동을 부과한다.
시험대상체에 상하동요와 종동요 운동을 부과하기 위해 작용하는 힘은, 상하왕복운동장치가 고정된 지지부에 반작용력으로 작용하게 되어, 원치 않는 진동을 발생시킬 수 있다.
지지부의 진동은 시험대상체의 상하동요 및 종동요 운동의 오차를 발생시킬 뿐만 아니라, 그 크기가 과도할 경우 VPMM이 설치된 시험시설에 구조적인 변형 및 손상을 야기할 수 있다.
또한 VPMM이 예인전차와 같이 자체 이동이 가능한 시험설비에 설치되는 경우, 구동부의 축계 정렬의 불량 및 정밀전자제어기기에 영구적인 손상을 발생시킬 수 있다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 ‘고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치 및 방법’을 제공한다.
대한민국 등록특허 제10-1108518호 ( 명칭: 연직 강제동요장치의 시험장비, 등록일: 2012년 1월 16일 )
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로, 본 발명의 한 가지 목적은, 수직면운동장치(VPMM)를 구동함으로써 발생하는 불필요한 진동을 저감할 수 있으며, 가속도계로 모니터링 함으로써 그 효과를 실시간으로도 검증할 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 수직면운동장치(VPMM)가 설치되는 정밀시험시설, 예를 들어 예인전차 등에 전달되는 진동을 감소시킴으로써, 진동에 의해 발생할 수 있는 시험시설의 정도 저하 및 유지보수 문제 등을 최소화할 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 수직면운동장치(VPMM) 시험수행 시, 진동억제로 인한 노이즈 감소로 정확한 하중값을 측정할 수 있으며, 조종성능의 추정정도를 향상시킬 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 안출된, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치는, 시험대상체의 상부로 일정한 높이를 유지하도록 지지하는 부분과 시험대상체에 결합되는 기둥형 부재를 통하여 시험대상체에 미리 설정된 운동력을 전달하는 수직면운동장치, 수직면운동장치의 상단에 결합되고 기둥형 부재의 가속도를 계측하는 가속도계를 포함하며 가속도계에서 측정된 계측결과값에 따라 작동되어 일정 무게의 추를 상방 또는 하방으로 이송시키는 구동력을 발생시키는 모터를 포함하는 진동억제장치 및 가속도계로부터 기둥형 부재의 가속도에 대한 계측결과값을 전달받아 사전 설정된 수식에 대입하여 계산결과값을 계산하고 계산결과값에 따라 구동모터의 회전을 제어하여 진동억제장치에 포함된 일정 무게의 추가 계산결과값에 따른 위치로 이동되도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 수직면운동장치는, 시험대상체의 상부에 일정 면적을 갖추고 일정한 높이를 유지하도록 설치되는 지지부, 기둥형 부재로서, 시험대상체의 표면에 일단이 결합되고 타단은 지지부의 하면에 결합되어 시험대상체에 미리 설정된 상하동요 또는 종동요 운동을 부과하도록 적어도 한 쌍이 구비되는 상하왕복운동장치 및 지지부의 내부 또는 지지부의 상면 중 상하왕복운동장치에 대향하는 위치에 설치되고 상하왕복운동장치의 가속도를 계측하여 제어부에 전달하는 가속도계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 진동억제장치는, 지지하는 부분의 상면에 수직으로 적어도 한 쌍이 설치되어 선형 운동을 안내하는 선형가이드, 선형가이드 한 쌍을 각각 삽입할 수 있는 관통홀 한 쌍과 내면에 나사산이 형성되는 관통홀을 각각 포함하는 무게추, 무게추의 상하방 이송을 위한 동력을 발생시키는 구동모터, 구동모터의 회전축에 일단이 결합되고 무게추의 나사산에 대응되는 나사산이 표면에 형성되며 타단은 무게추의 나사산이 형성된 관통홀에 회전 가능하도록 삽입되는 볼스크류 및 수직면운동장치로의 운동력 부과를 제어하는 동시에 가속도계로부터 수직면운동장치의 가속도 측정 결과값을 전달받으면 사전 설정된 수식에 의하여 무게추의 변위를 결정하고 결정된 무게추의 변위에 따라 구동모터의 회전을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치에 적용되는 사전 설정된 수식은, 와 같고, 위 수식에서, A2 는 일정 무게의 추의 운동진폭이고, m1 은 시험대상체의 질량이며, m1,a 는 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고, m2 는 일정 무게의 추의 질량이며, A1 은 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고, 시험대상체의 부가질량 m1,a 의 추정 오차로 인하여 지지하는 부분의 진동 감쇄가 부족한 경우에는 사전 설정된 수식으로서 이하의 수식을 이용하여 계산결과값을 계산하며, , 위 수식에서, ε는 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량의 추정 오차를 의미하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제방법은, 가속도계에서 측정된 계측결과값을 제어부에서 획득하는 계측결과값획득단계, 제어부에서 획득한 계측결과값을 아래 수식에 대입하여 시험대상체의 무게중심의 상하방향 변위인 F1(t)를 구하는 시험대상체변위산정단계, , 위 수식에서, m1 은 시험대상체의 질량이며, m1,a 는 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고, ξ1 은 시험대상체의 무게중심의 변위이며, A1 은 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고, w1 은 시험대상체의 무게중심의 주파수이며, 1 은 시험대상체의 무게중심의 위상각이고, 제어부에서 획득한 계측결과값을 아래 수식에 대입하여 진동억제장치의 일정 무게의 추의 변위인 F2(t)를 구하는 진동억제장치무게추변위산정단계, , 위 수식에서, m2 는 일정 무게의 추의 질량이고, ξ2 는 일정 무게의 추의 변위이며, A2 는 일정 무게의 추의 운동진폭이고, ω1 은 시험대상체의 무게중심의 주파수이며, 1 은 시험대상체의 무게중심의 위상각이고, 위 수식들을 통하여 결정된 각 변수들을 이용하여 아래 수식 중 하나를 계산함으로써 진동억제장치의 운동진폭인 A2 또는 지지하는 부분의 진동 감쇄가 부족한 경우의 A2’을 결정하는 진동억제장치운동진폭결정단계, , 위 수식에서, A2 는 일정 무게의 추의 운동진폭이고, m1 은 시험대상체의 질량이며, m1,a 는 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고, m2 는 일정 무게의 추의 질량이며, A1 은 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고, , 위 수식에서, ε는 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량의 추정 오차를 의미하며, A2 또는 A2’에 따라 모터 또는 구동모터를 제어하는 모터구동단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수직면운동장치(VPMM)를 구동함으로써 발생하는 불필요한 진동을 저감할 수 있으며, 가속도계로 모니터링 함으로써 그 효과를 실시간으로도 검증할 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수직면운동장치(VPMM)가 설치되는 정밀시험시설, 예를 들어 예인전차 등에 전달되는 진동을 감소시킴으로써, 진동에 의해 발생할 수 있는 시험시설의 정도 저하 및 유지보수 문제 등을 최소화할 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수직면운동장치(VPMM) 시험수행 시, 진동억제로 인한 노이즈 감소로 정확한 하중값을 측정할 수 있으며, 조종성능의 추정정도를 향상시킬 수 있는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 제공할 수 있게 되는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 이용하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제방법에 적용되는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 운동진폭 보상 흐름도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치는, 기존 수직면운동장치(50)(VPMM; Vertical Planer Motion Mechanism)의 지지부(30)에 설치되어, 시험대상체(10)의 운동에 역위상으로 무게추(110)를 가동시킴으로써, 수직면운동장치(50)(VPMM)의 지지부(30) 진동을 억제시키는 형태를 가지고 있다.
본 발명의 수직면운동장치(VPMM) 시험을 위한 진동억제장치(100)는 무게추(110)와 무게추(110)를 상하왕복운동 시키기 위한 선형가이드(107), 볼스크류(105), 구동모터(M), 그리고 지지부(30)의 진동을 측정하는 가속도계(120)로 구성된다.
도 1에 도시된 각 구성요소들에 대한 설명은 아래와 같다.
시험대상체-무게중심(5)은, 시험대상체(10)의 무게 중심이 되는 위치로서 개념적인 부분으로, 실물에서는 인위적으로 표시하지 않는 한 구분되지 않는 부분이다.
시험대상체(10)는, 시험대상이 되는 모형선으로서, 시험 목적에 따라 수중에 완전히 잠겨 운항되는 잠수함 등의 수중선 모형이 될 수도 있고, 선체의 일부만 수중에 잠기는 일반 선박의 모형이 될 수도 있다.
상하왕복운동장치(20)는, 시험대상체(10)에 미리 설정된 상하동요(heave) 또는 종동요(pitch)를 포함하는 운동력을 전달하기 위한 구성요소로서, 유압에 의하여 길이 방향으로 연장되거나 수축될 수 있는 피스톤 형태를 갖는 부분으로서, 적어도 한 쌍 이상 설치된다.
지지부(30)는, 시험대상체(10)의 상부로 일정한 높이를 유지하도록 설치되며 상하왕복운동장치(20)가 고정되는 부분이다.
수직면운동장치(50)는, 이상의 구성요소들을 포함하는 포함하는 수중운동체의 조종성능추정을 위한 목적으로 상하동요(heave) 또는 종동요(pitch)를 포함하는 운동과 관련된 유체력 미계수를 구하기 위하여 사용되는 장치이다.
진동억제장치(100)는, 수직면운동장치(50)(VPMM)의 지지부(30) 상에 설치되어 시험대상체(10)의 운동에 역위상으로 무게추(110)를 가동시킴으로써, 수직면운동장치(50)(VPMM)의 지지부(30) 진동을 억제시킨다.
선형가이드(107)는, 지지부(30)의 상면에 수직으로 적어도 한 쌍이 설치되어 무게추(110)의 선형 운동을 안내하는 기능을 가진다.
무게추(110)는, 선형가이드(107) 한 쌍을 각각 삽입할 수 있는 관통홀 한 쌍과 내면에 나사산이 형성되는 관통홀을 각각 포함하며, 제어부의 제어에 의하여 시험대상체(10)의 역위상으로 가동되어 지지부(30) 및 수직면운동장치(50)(VPMM)의 진동을 억제하는 기능을 가진다.
구동모터(M)는, 무게추(110)의 이송을 위한 동력을 발생시키는 기능을 한다.
볼스크류(105)는, 구동모터(M)의 회전축에 일단이 결합되고 무게추(110)의 나사산에 대응되는 나사산이 표면에 형성되며 타단은 무게추(110)의 나사산이 형성된 관통홀에 회전 가능하도록 삽입되어 구동모터(M)의 회전에 따라 무게추(110)를 상방 또는 하방으로 이송시키는 기능을 갖고 있다.
제어부는 수직면운동장치(50)(VPMM)로의 운동력 부과를 제어하는 동시에 가속도계(120)로부터 수직면운동장치(50)(VPMM)의 가속도 측정 결과값을 전달받으면 사전 설정된 수식에 의하여 무게추(110)의 변위를 결정하고 결정된 무게추(110)의 변위에 따라 구동모터의 회전을 제어하는 기능을 가지고 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 이용하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제방법에 적용되는 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제방법은, S10 내지 S50 까지의 5 단계로 이루어지고, 번호순의 처리단계를 거치며 각 단계의 명칭은 다음과 같다.
S10 단계의 명칭은 계측결과값획득단계이다.
S20 단계의 명칭은 시험대상체변위산정단계이다.
S30 단계의 명칭은 진동억제장치무게추변위산정단계이다.
S40 단계의 명칭은 진동억제장치운동진폭결정단계이다.
S50 단계의 명칭은 모터구동단계이다.
S10 내지 S50 까지의 각 단계에서 수행되는 기능 및 처리는 다음과 같다.
계측결과값획득단계(S10)에서는, 가속도계(120)에서 측정된 상하왕복운동장치(20)의 가속도에 대한 계측결과값을 제어부에 전달하고 제어부에서 계측결과값을 획득 및 인지한다.
시험대상체변위산정단계(S20)에서는, 제어부에서 획득 및 인지한 계측결과값을 수식에 대입하여 시험대상체(10)의 무게중심의 상하방향 변위인 F1(t)를 구한다. 여기에 사용되는 [수식 1] 및 [수식 2]는 아래와 같다.
시험대상체-무게중심(5)의 상하방향 변위는 아래 [수식 1]과 같이 나타낼 수 있다. 따라서 시험대상체(10)의 운동에 의해 지지부(30)에 작용하는 힘은 [수식 2]와 같이 표현할 수 있다. 이때, 시험대상체(10)는 유체 중에서 움직이므로, 자체의 질량뿐만 아니라, 주위 유체에 의한 부가질량을 고려하여야 한다.
[수식 1]
[수식 2]
여기에서,
m1 은 시험대상체(10)의 질량이며,
m1,a 는 시험대상체(10)의 유체 중에서의 부가질량이고,
ξ1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 변위이며,
A1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 운동진폭이고,
ω1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 주파수이며,
1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 위상각이다.
또한, 시험대상체(10)의 부가질량(m1,a)은 형상 및 가진 주파수에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 시험대상체(10)의 형상이 구형, 회전타원체 등과 같이 단순한 경우에는 이론적인 값으로 주어질 수 있고, 임의의 형상인 경우에는 실험적으로 측정할 수 있다.
진동억제장치무게추변위산정단계(S30)에서는, 아래와 같이 [수식 3], [수식 4]를 통하여 무게추(110)의 변위인 F2(t)를 구하는 과정을 포함한다.
또한, 진동억제장치(100)에 포함된 무게추(110)의 변위는, 무게추(110)가 [수식 1]에서 주어진 운동과 동일한 주파수(ω1)의 역위상으로 운동한다고 가정하면 아래 [수식 3]과 같고, 무게추(110)에 의해 지지부(30)에 작용하는 힘은, 공기 중에서 무게추(110)의 부가질량을 무시하면, 아래 [수식 4]와 같이 표현할 수 있다.
[수식 3]
[수식 4]
여기에서,
m2 는 무게추(110)의 질량이고,
ξ2 는 무게추(110)의 변위이며,
A2 는 무게추(110)의 운동진폭이고,
ω1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 주파수이며,
1 은 시험대상체(10)의 무게중심의 위상각이다.
또한, 지지부(30)의 진동을 억제하기 위해서는 ‘시험대상체(10)의 운동에 의해 지지부(30)에 작용하는 힘’과 ‘무게추(11)에 의해 지지부(30)에 작용하는 힘’이 상쇄되어야 하므로 아래 [수식 5]를 만족해야 한다.
[수식 5]
진동억제장치운동진폭결정단계(S40)의 수행 과정 및 처리는 다음과 같다.
따라서, 시험대상체(10)를 가진시킴으로 인하여 발생한 지지부(30)의 진동은, 진동억제장치(100)의 운동진폭을 아래 [수식 6]과 같이 조절하여 감쇄시킬 수 있다. 이때, 시험대상체(10) 부가질량의 추정 오차로 인하여 지지부(30) 진동의 감쇄가 부족한 경우, 지지부(30)의 가속도 측정값이 최소화도록 운동진폭을 보상함으로써 지지부(30)의 진동을 저감시킬 수 있다.
[수식 6]
[수식 7]
여기에서,
ε 는 시험대상체(10) 부가질량의 추정 오차를 의미한다.
모터구동단계(S50)에서는, 위와 같은 S10 내지 S40의 각 단계를 거쳐 결정된 A2 또는 A2’에 기초하여 구동모터(M)에 인가될 전류를 결정하고, 구동모터(M) 실제 전류를 인가하여 구동시킨다. 이때, 인가되는 전류의 형태는 구동모터(M)의 종류에 따라, 전압 또는 전류량을 조절하는 형태일 수도 있고, 특정 주파수의 펄스 형태로 인가될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치의 운동진폭 보상 흐름도로서, 진동억제장치(50)의 운동진폭 보상 처리를 간략하게 개념적으로 나타낸 것이다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
5 : 시험대상체-무게중심
10 : 시험대상체
20 : 상하왕복운동장치
30 : 지지부
50 : 수직면운동장치
100 : 진동억제장치
105 : 볼스크류
107 : 선형가이드
110 : 무게추
120 : 가속도계
Dt : 시험대상체-운동변위
Dw : 무게추-운동변위
M : 구동모터
S : 수면

Claims (5)

  1. 시험대상체의 상부로 일정한 높이를 유지하도록 지지하는 부분과 상기 시험대상체에 결합되는 기둥형 부재를 통하여 상기 시험대상체에 미리 설정된 운동력을 전달하는 수직면운동장치;
    상기 수직면운동장치의 상단에 결합되고 상기 기둥형 부재의 가속도를 계측하는 가속도계를 포함하며 상기 가속도계에서 측정된 계측결과값에 따라 작동되어 일정 무게의 추를 상방 또는 하방으로 이송시키는 구동력을 발생시키는 구동모터를 포함하는 진동억제장치; 및
    상기 가속도계로부터 상기 기둥형 부재의 가속도에 대한 계측결과값을 전달받아 사전 설정된 수식에 대입하여 계산결과값을 계산하고 상기 계산결과값에 따라 상기 구동모터의 회전을 제어하여 상기 진동억제장치에 포함된 일정 무게의 추가 상기 계산결과값에 따른 위치로 이동되도록 제어하는 제어부;를 포함하고,
    일단은 상기 수직면운동장치의 하단에 결합되고 타단은 상기 시험대상체에 결합되는 상기 기둥형 부재로서,
    유압에 의하여 길이 방향으로 연장되거나 수축될 수 있는 피스톤 형태를 갖는 상하왕복운동장치를 부가 설치함으로써,
    미리 설정된 상하동요(heave) 또는 종동요(pitch)를 포함하는 운동력이 상기 수직면운동장치로부터 상기 시험대상체에 전달되게 하는 것을 특징으로 하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수직면운동장치는,
    상기 시험대상체의 상부에 일정 면적을 갖추고 일정한 높이를 유지하도록 설치되는 지지부;
    상기 기둥형 부재로서, 상기 시험대상체의 표면에 일단이 결합되고 타단은 상기 지지부의 하면에 결합되어 상기 시험대상체에 미리 설정된 상하동요 또는 종동요 운동을 부과하도록 적어도 한 쌍이 구비되는 상하왕복운동장치; 및
    상기 지지부의 내부 또는 상기 지지부의 상면 중 상기 상하왕복운동장치에 대향하는 위치에 설치되고 상기 상하왕복운동장치의 가속도를 계측하여 제어부에 전달하는 가속도계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 진동억제장치는,
    상기 지지하는 부분의 상면에 수직으로 적어도 한 쌍이 설치되어 선형 운동을 안내하는 선형가이드;
    상기 선형가이드 한 쌍을 각각 삽입할 수 있는 관통홀 한 쌍과 내면에 나사산이 형성되는 관통홀을 각각 포함하는 무게추;
    상기 무게추의 상하방 이송을 위한 동력을 발생시키는 구동모터;
    상기 구동모터의 회전축에 일단이 결합되고 상기 무게추의 나사산에 대응되는 나사산이 표면에 형성되며 타단은 상기 무게추의 나사산이 형성된 관통홀에 회전 가능하도록 삽입되는 볼스크류; 및
    상기 수직면운동장치로의 운동력 부과를 제어하는 동시에 상기 가속도계로부터 상기 수직면운동장치의 가속도 측정 결과값을 전달받으면 사전 설정된 수식에 의하여 상기 무게추의 변위를 결정하고 결정된 상기 무게추의 변위에 따라 상기 구동모터의 회전을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사전 설정된 수식은 아래 [수식 6]과 같으며,
    [수식 6]
    상기 [수식 6]에서,
    상기 A2 는 상기 일정 무게의 추의 운동진폭이고,
    상기 m1 은 상기 시험대상체의 질량이며,
    상기 m1,a 는 상기 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고,
    상기 m2 는 상기 일정 무게의 추의 질량이며,
    상기 A1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고,
    상기 시험대상체의 부가질량 m1,a 의 추정 오차로 인하여 상기 지지하는 부분의 진동 감쇄가 부족한 경우에는 상기 사전 설정된 수식으로서 이하의 [수식 7]을 이용하여 상기 계산결과값을 계산하며,
    [수식 7]
    상기 [수식 7]에서,
    상기 m2 는 상기 일정 무게의 추의 질량이고,
    상기 m1 은 상기 시험대상체의 질량이며,
    상기 m1,a 는 상기 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고,
    상기 A1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이며,
    상기 A2 는 상기 일정 무게의 추의 운동진폭이고,
    상기 ε 은 상기 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량의 추정 오차를 의미하는 것을 특징으로 하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 따른 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제장치를 이용하는 수직면운동장치 시험의 진동억제방법으로서,
    상기 가속도계에서 측정된 상기 계측결과값을 상기 제어부에서 획득하는 계측결과값획득단계;
    상기 제어부에서 획득한 상기 계측결과값과 아래 [수식 2]를 이용하여 상기 시험대상체의 무게중심의 상하방향 변위인 F1(t)를 구하는 시험대상체변위산정단계;
    [수식 2]
    상기 [수식 2]에서,
    상기 m1 은 상기 시험대상체의 질량이며,
    상기 m1,a 는 상기 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고,
    상기 ξ1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 변위이며,
    상기 A1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고,
    상기 ω1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 주파수이며,
    상기 1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 위상각이고,
    상기 제어부에서 획득한 상기 계측결과값과 아래 [수식 4]를 이용하여 상기 진동억제장치의 일정 무게의 추의 변위인 F2(t)를 구하는 진동억제장치무게추변위산정단계;
    [수식 4]
    상기 [수식 4]에서,
    상기 m2 는 상기 일정 무게의 추의 질량이고,
    상기 ξ2 는 상기 일정 무게의 추의 변위이며,
    상기 A2 는 상기 일정 무게의 추의 운동진폭이고,
    상기 ω1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 주파수이며,
    상기 1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 위상각이고,
    상기 [수식 2] 및 [수식 4]를 통하여 결정된 각 변수들을 이용하여 [수식 6] 또는 [수식 7]을 계산함으로써, 상기 진동억제장치의 운동진폭인 A2 또는 상기 지지하는 부분의 진동 감쇄가 부족한 경우의 A2’을 결정하는 진동억제장치운동진폭결정단계; 및
    [수식 6]
    [수식 7]
    상기 [수식 6]에서,
    상기 A2 는 상기 일정 무게의 추의 운동진폭이고,
    상기 m1 은 상기 시험대상체의 질량이며,
    상기 m1,a 는 상기 시험대상체의 유체 중에서의 부가질량이고,
    상기 m2 는 상기 일정 무게의 추의 질량이며,
    상기 A1 은 상기 시험대상체의 무게중심의 운동진폭이고,
    상기 [수식 7]에서,
    ε 는 시험대상체(10) 부가질량의 추정 오차를 의미하고,
    상기 A2 또는 A2’에 따라 상기 모터 또는 구동모터를 제어하는 모터구동단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정도 수직면운동장치 시험을 위한 진동억제방법.
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