KR20000046441A - 항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력분석방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 기체 구조 수명을 관리하기 위하여 전처리된 비행자료에서 하중/응력 데이터를 분석하는 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 방법은, 항공기의 비행하중기록계로부터 구해진 비행 데이터를 전처리한 후 하중/응력을 분석하여 항공기의 기체 수명을 관리하기 위한 시스템에 있어서, 전처리된 엔지니어링 유니트 데이터 화일을 입력받는 제1 단계; 임무 및 세그먼트별로 구분하여 비행 운영형태별 평균시간을 분석하는 제2 단계; 상기 엔지니어링 유니트 화일에서 하중데이터를 입력받아 비행 하중 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제3 단계; 상기 엔지니어링 유니트 화일에서 응력데이터를 입력받아 비행 응력 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제4 단계; 비행 자세별 하중 누적빈도를 분석하는 제5 단계; 비행 고도별/속도별 비행시간을 분석하는 제6 단계; 응력전달함수를 평가/비교 분석하는 제7 단계; 및 상기 응력전달함수를 갱신하는 제8 단계를 포함한다.

따라서, 본 발명은 항공기 하중 기록계로부터 구해진 데이터를 일차 전처리한 후 본 발명에 따라 하중/ 응력 데이터를 분석하여 임무별/세그먼트 별로 처리하므로써 항공기의 기체 수명을 체계적으로 관리할 수 있다.

Description

항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력 분석방법(Method of analyzing load/stress data for managing life cycle of body of airplane)

본 발명은 항공기, 대형 건축물, 발전소 등과 같이 대형 구조물의 수명을 관리할 수 있는 방법에 관한 것으로 특히, 항공기의 기체 구조 수명을 관리하기 위하여 전처리된 비행자료에서 하중/응력 데이터를 분석하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 항공기, 대형 건축물(교량, 빌딩), 및 발전소 등과 같이 수명이 길고 신뢰성이 요구되는 구조물들은 유지보수를 위하여 체계적인 데이터 관리가 필요하다. 특히, 항공기의 경우 사소한 장애라도 인명과 직접 관련되기 때문에 사전 유지보수 활동이 중요한데, 항공기의 전 라이프 사이클에 걸쳐 각 기능들을 체계적으로 점검할 필요가 있다. 그리고 항공기의 비행 하중 기록계(FLDR)에 기록된 비행 데이터를 계속적으로 관리하여 항공기 기체의 하중변화를 추적하거나 각 호기별 균열성장 특성 등을 분석하여 체계적으로 항공기의 수명을 관리할 필요가 있다.

그런데 이와 같이 항공기의 수명관리를 위한 프로그램들이 종래에는 부분적으로만 구현되어 데이터 분석에 일관성이 없고, 한정된 기종이나 한정된 OS환경에서만 동작하였기 때문에 체계적인 유지보수 관리가 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 전치된 비행 데이터에서 하중/응력 데이터를 분석하는 항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력 분석방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법은, 항공기의 비행하중기록계로부터 구해진 비행 데이터를 전처리한 후 하중/응력을 분석하여 항공기의 기체 수명을 관리하기 위한 시스템에 있어서, 전처리된 엔지니어링 유니트 데이터 화일을 입력받는 제1 단계; 임무 및 세그먼트별로 구분하여 비행 운영형태별 평균시간을 분석하는 제2 단계; 상기 엔지니어링 유니트 화일에서 하중데이터를 입력받아 비행 하중 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제3 단계; 상기 엔지니어링 유니트 화일에서 응력데이터를 입력받아 비행 응력 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제4 단계; 비행 자세별 하중 누적빈도를 분석하는 제5 단계; 비행 고도별/속도별 비행시간을 분석하는 제6 단계; 응력전달함수를 평가/비교 분석하는 제7 단계; 및 상기 응력전달함수를 갱신하는 제8 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1a,b는 본 발명에 따라 하중/응력 데이터를 분석하는 방법을 도시한 흐름도,

도 2는 도 1에 도시된 109 단계의 세부 흐름도,

도 3은 도 1에 도시된 111 단계의 세부 흐름도,

도 4는 도 1에 도시된 112 단계의 세부 흐름도,

도 5는 도 1에 도시된 113 및 114 단계의 세부 흐름도,

도 6은 도 1에 도시된 120 및 123 단계의 세부 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명은 비행하중 기록계로부터 입력된 데이터를 선행 분석 프로그램에서 처리한 후 입력 데이타중 하중/응력 스펙트럼 분석을 위한 데이터를 입력받아 비행 하중 데이터와 관련된 정보를 읽어온다. 그리고 해당 화일의 고도 데이터를 불러들여 각 임무(mission)에 대한 세그먼트(segment) 분리를 수행하며, 다음과 같은 항목들에 대해 중점적으로 처리한다.

가. 비행 운영 형태별 평균시간 분석

각 임무별/세그먼트별 실제 비행시간 및 횟수를 합산하여 기준 데이터와 비교분석하는 과정으로서, 계산 데이터와 기준데이터는 데이터 베이스에 저장된 후 데이터 조회시 프로그램에 불러들여져 테이블과 그래프로 나타내어진다.

나. 비행 하중 스펙트럼 누적 발생빈도 분석

항공기 하중 변수(Nz,Ny,P,Q,H,V,Vsink)에 대한 실제 발생회수를 누적한 후 기준 데이터와 비교하는 과정으로서, 이때 사용되는 비행 하중 변수 카운팅 알고리즘은 피크 카운팅(Peak counting)이며, 데이터 관리는 오라클 데이터 베이스에 기준 데이터와 실제 취득된 데이터를 저장한다.

다. 비행 응력 스펙트럼 누적 빈도분석

항공기에 장착된 스트레인 게이지에서 출력되는 변형율 데이터를 응력 데이터로 변환한 후, 피크 카운팅하여 각 응력 수준별로 발생횟수를 누적시킨 후 기준데이터와 비교하는 과정으로서, 데이터 관리는 오라클 데이터 베이스에서 기준 데이터와 실제 취득된 데이터를 저장한다.

라. 비행 자세별 하중 누적빈도 분석

수직 하중 배수와 속도, 수직 하중 배수와 로울 각속도에 대한 표를 만들어 항공기 자세별 데이터 누적 상태로 자세별 하중 조건을 분석하는 과정으로서, 데이터 관리는 오라클 데이터 베이스에 실제 취득된 데이터만 저장한다.

마. 비행 고도별/속도별 비행시간 분석

항공기의 임무별 운용고도와 속도분포 데이터를 취득하기 위한 분석과정으로서, 고도별/속도별 구간을 정의한 후 각 구간에 머무른 기간을 임무별로 종합하여 시간 누적을 행한다.

바. 응력 전달 함수(STF) 평가/비교 분석 프로그램

항공기의 스트레인 게이지 부착 위치에 대한 비행하중 변수 대 응력관계를 매 비행 데이터 마다 검증하여 일정시간 후 개별 항공기 추적에 사용된 응력전달함수를 수행하기 위한 분석과정으로서, 매 비행 데이터를 이용하여 응력전달함수(STF)의 각 상수항을 계산한 후 비행횟수만큼 평균을 내어 누적한다. 이때 데이터는 오라클 데이터 베이스에 기준 데이터와 평균 내어진 데이터만 저장관리한다.

도 1a,b는 본 발명에 따라 하중/응력 데이터를 처리하는 방법을 도시한 흐름도이다. 도 1a,b를 참조하면, 101에서는 입력 데이터가 새로운 데이터인지 혹은 구 데이터인지를 판단하여 새로운 데이터이면, 102에서 새로운 엔지니어링 유니트 데이터(EUD) 화일을 읽어 온다. 103에서 비행화일을 얻고, 104에서 비행화일 정보를 표시한다. 105에서 하중/응력 분석 프로그램을 시작할 것인지를 판단하여, 분석을 시작하면 106에서 비행운영 형태(segment)를 분류한다. 한편, 구 데이터이면, 107에서 기종, 비행내역, 제어 포인트(control point)를 선택하고, 108에서 누적 평균 데이터 기준을 구한다.

이어 109에서 비행 운영 형태별 평균시간 분석 프로그램을 실행하여 세그먼트별 분석을 완료한 후, 110에서 피크 카운트(peak count)를 수행한다. 111에서 비행 하중 스펙트럼 누적 빈도 분석 프로그램을 실행하고, 112에서 비행 응력 스펙트럼 누적 빈도 분석 프로그램을 수행한다. 113에서 비행 자세별 하중 누적빈도 분석 프로그램을 실행하고, 114에서 비행 고도별/속도별 비행시간 분석 프로그램을 실행한다.

이어 115에서 개별호기에 대한 자료를 처리하고, 116에서 평균자료를 처리한 후, 117에서 사용타입과 콘트롤 포인트를 입력한 후, 118에서 하중/응력 스펙트럼을 읽어 온다. 119에서 응력전달함수(STF)를 구하고, 120에서 응력전달함수 평가/비교 분석 프로그램을 실행하며, 121에서 에러를 프린트한다. 122에서 다른 응력전달함수가 있는 지를 판단하여 있으면, 상기 115 내지 123 과정을 반복하고, 없으면 123에서 전달함수 개정 프로그램을 실행한다. 124에서 응력전달함수를 갱신할 것인지를 확인하여, 125에서 응력전달함수를 갱신하고, 126에서 승인을 확인한 후 127에서 IAT의 응력전달함수를 갱신한다. 128에서 갱신된 응력전달함수를 프린트하고, 129에서 계속 여부를 판단한다.

도 2는 도 1에 도시된 109 단계의 세부 흐름도이다. 도 2를 참조하면, 201에서 호기별 혹은 n대 평균 임무/세그먼트 형태 구분, 임무/세그먼트별 계획시간, 실제 비행시간 자료를 구하고, 202에서 임무/세그먼트 형태별 시간을 누적하고 전체 비행시간을 계산한다. 이어 210에서는 세그먼트별 비행 운영 평균 시간 분석 프로그램을 수행하고, 220에서는 임무별 비행 운영 평균 시간 분석 프로그램을 실행한다.

세그먼트별 비행 운영 평균 시간 분석을 위하여, 211에서 X축에 세그먼트 형태를 대입하고, Y축에 세그먼트별 비행시간을 대입하며, 213에서 X-Y 그래프를 출력한다. 214에서 해당 호기를 리스트 업하고, 215에서 그 결과를 프린트 출력한다.

임무별 비행 운영 평균시간 분석을 위하여, 221에서 X축에 임무형태를 대입하고, 222에서 Y축에 임무별 비행시간을 대입한 후 223에서 X-Y 그래프를 출력한다. 224에서 해당 호기를 리스트 업하고, 225에서 그 결과를 프린트 출력한다.

도 3은 도 1에 도시된 111 단계의 세부 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 301에서 임무형태 구분하고 하중 파라메터를 구한 후, 302에서 첫번째 하중 파라메터를 처리한다. 303에서 관리자 저장소로부터 n번째 하중 파라메터를 읽어 오고, 304에서 카운터에 첫번째 사이클을 대입하고, 305에서 피크 포인트 카운트를 수행하고, 306에서 익시던스(exceedance)를 누적하며, 307에서 카운트 종료(End of Count)인지를 판단하여 아니면, 308에서 사이클을 증가(Cycle++)한 후, 305 내지 307을 반복한다. 309에서 다음 파라메터가 존재하는지를 판단하여 존재하면, 310에서 파라메터 번호를 증가시킨 후, 303 내지 309를 반복하고, 더 이상 존재하지 않으면 311에서 데이터를 관리자 저장소에 저장한다. 312에서 하중 익시던스(Load-Exceedance)를 그래프로 출력한다.

도 4는 도 1에 도시된 112 단계의 세부 흐름도이다. 도 4를 참조하면, 401에서 하중 데이터를 구하고 세그먼트 형태별 구분한 후, 402에서 첫번째 제어 포인트(control point)를 찾는다. 403에서 관리자 저장소로부터 응력전달함수(STF)를 구한 후, 404에서 하중 데이터를 읽어 온다. 405에서 응력 스펙트럼(stress spectrum)을 발생하고, 406에서 카운터에 첫번째 사이클을 대입하고, 407에서 피크 포인트를 카운트한다. 408에서 익시던스를 누적하며, 409에서 카운트 종료(End of Count)인지를 판단하여 아니면, 410에서 사이클을 증가한 후, 407 내지 409를 반복한다. 411에서 다음 제어 포인트(control point)가 존재하는지를 판단하여 존재하면, 412에서 제어 포인트 번호를 증가시킨 후, 403 내지 411을 반복하고, 더 이상 존재하지 않으면 413에서 익시던스 데이터를 관리자 저장소에 저장한다. 414에서 응력 익시던스(stress-exceedance)를 그래프로 출력한다.

도 5는 도 1에 도시된 113 및 114 단계의 세부 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 501에서 임무형태별 하중 데이터를 구하고 블로킹 스텝(blocking step)을 구한 후, 비행 자세별로 하중 누적 분석을 처리하기 위해서는 502 내지 509를 수행하고, 비행 고도별/속도별 하중 누적 분석을 처리하기 위해서는 511 내지 518을 수행한다.

502에서 Q 혹은 P를 구하고, 503에서 Q 혹은 P데이터를 읽어 온다. 504에서 Ny에 첫번째 케이스를 대입하고, 505에서 X축에 Q 혹은 P의 블록킹 스텝을 대입하고 Y축에 Nz의 블로킹 스텝을 대입한다. 506에서 Q 혹은 P의 피크 포인트를 카운트하고, 507에서 익시던스를 누적하며, 508에서 다음 Ny케이스가 있는지를 확인 한 후 있으면 506 내지 508을 반복한다. 모든 케이스에 대해 완료되면 509에서 결과를 프린트 출력한다.

511에서 Nz 혹은 Ny를 구하고, 512에서 Nz 혹은 Ny 데이터를 읽어 온다. 513에서 H에 첫번째 케이스를 대입하고, 514에서 X축에 Nz 혹은 Ny의 블록킹 스텝을 대입하고 Y축에 V의 블로킹 스텝을 대입한다. 515에서 비행시간 분석을 하고, 516에서 비행시간을 누적하며, 517에서 다음 H케이스가 있는지를 확인 한 후, 있으면 515 내지 517을 반복한다. 모든 H케이스에 대해 완료되면, 518에서 결과를 프린트 출력한다.

도 6은 도 1에 도시된 120 및 123 단계의 세부 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 601에서 임무/세그먼트 형태별 제어 포인트를 정하고, 602에서 제어 포인트(control point)를 입력한 후 603에서 Y1에 읽어온 스트레인 게이지 데이터를 대입한다. 604에서 응력전달함수(STF)를 구하고, 605에서 비행 하중 데이터를 읽어 온다. 606에서 Y2에 응력 스펙트럼을 발생하여 대입하고, 607에서 Y1-Y2 를 비교하여 그래프로 출력한다. 608에서 응력전달함수(STF)를 변경할 것인지 판단하여 예이면, 609에서 응력전달함수(STF)를 계산하고, 610에서 새로운 응력전달함수를 구한 후 606, 607를 수행한다. 이어 611에서는 개정된 응력전달함수를 프린트함과 아울러 612에서 S1에 읽어온 표준 데이터를 대입하고, S2에 실제 데이터를 읽어 와 대입한다. 613에서 S1-S2를 시간별로 비교하여 그래프로 출력하고, 614에서 응력전달함수 개정여부를 판단하여 개정이면, 615에서 응력전달함수를 개정한다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명은 항공기 하중 기록계로부터 구해진 데이터를 일차 전처리한 후 본 발명에 따라 하중/ 응력 데이터를 분석하여 임무별/세그먼트 별로 처리하므로써 항공기의 기체 수명을 체계적으로 관리할 수 있다. 특히, 본 발명은 타기종 및 타 구조물에 적용하기 편리하고, OS환경에 영향을 받지 않으며, 1회 해석으로 소요되는 모든 결과를 계산할 수 있다.

Claims (3)

1. 항공기의 비행하중기록계로부터 구해진 비행 데이터를 전처리한 후 하중/응력을 분석하여 항공기의 기체 수명을 관리하기 위한 시스템에 있어서,

   전처리된 엔지니어링 유니트 데이터 화일을 입력받는 제1 단계;

   임무 및 세그먼트별로 구분하여 비행 운영형태별 평균시간을 분석하는 제2 단계;

   상기 엔지니어링 유니트 화일에서 하중데이터를 입력받아 비행 하중 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제3 단계;

   상기 엔지니어링 유니트 화일에서 응력데이터를 입력받아 비행 응력 스펙트럼 누적빈도를 분석하는 제4 단계;

   비행 자세별 하중 누적빈도를 분석하는 제5 단계;

   비행 고도별/속도별 비행시간을 분석하는 제6 단계;

   응력전달함수를 평가/비교 분석하는 제7 단계; 및

   상기 응력전달함수를 갱신하는 제8 단계를 포함하는 항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력 분석방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제 3단계는,

   임무형태를 구분하여 하중 파라메터를 입력받는 단계와, 선택된 파라메터의 사이클을 반복하여 피크 포인트를 카운트하는 단계; 기준치를 초과하는 초과값을 누적하는 단계; 및 해당 파라메터의 사이클을 증가시키면서 피크 카운트 및 초과값을 누적하는 단계를 수행하고, 이어 파라메터를 증가시키면서 전체 파라메터에 대해 상기 카운트 및 초과값 누적과정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력 분석방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 제5 단계는

   비행자세 변수를 입력하는 단계; 입력된 비행자세 변수의 블로킹 스텝을 X축과 Y축에 할당하는 단계; 자세별 피크 포인트를 카운트하는 단계; 피크 카운트 후 기준치를 초과하는 초과값(exceedance)을 누적하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 항공기의 기체 수명 관리를 위한 하중/응력 분석방법.