KR20170079144A - 대변형 구조에 적합한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템 - Google Patents

대변형 구조에 적합한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하중 시험을 위한 시험 대상에 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 와이어에 목표 하중을 인가하기 위한 전기 작동기를 포함하고, 상기 전기 작동기는, 상기 와이어가 권선되는 풀리와, 상기 풀리의 회전축에 연결되며 상기 풀리를 회전 구동시켜 상기 풀리의 와이어가 감기거나 풀리도록 하는 모터와, 상기 로드셀의 측정값을 근거로 상기 모터의 토크를 제어하여 상기 시험 대상에 걸리는 하중을 제어하는 제어부를 포함하는 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템을 개시한다.

Description

대변형 구조에 적합한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템 {LOAD TEST DEVICE SUITABLE FOR LARGE DEFORMATION AND MULTI-DISTRIBUTED LOAD TEST SYSTEM USING THE SAME}
본 발명은 하중 시험에 사용되는 하중 시험 장치에 관한 것으로서, 입력 신호에 따라 시험 대상에 다양한 값의 목표 하중을 인가할 수 있는 전기 작동기를 구비한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 항공기의 날개는 비행시 양력에 의해 리프트가 발생하며, 항공기 제작시 이러한 리프트 현상에 따른 날개 파손 여부에 대한 하중 시험이 필요하다.
도 1은 일반적인 항공기 날개에 대한 하중 시험 방법을 나타낸 개략도이다.
도 1을 참조하면, 항공기(10)의 날개(20)에 복수의 로드셀(30)을 설치하고, 상측의 지지면에 작동기(50)를 이와 대응되게 설치하고, 각 로드셀(30)과 작동기(50)를 와이어(40)로 연결한다. 작동기(50)의 동작에 의해 와이어(40)가 당겨져 날개(20)에 하중이 인가되며, 날개(20)에 가해지는 하중을 점차 늘려가면서 날개(20)의 파손 여부를 검사하게 된다.
종래 일반적인 형태의 항공기에는 이와 같은 방법의 적용이 가능하나, 복합 재료가 사용된 경량 구조 항공기의 경우 날개(20)의 변형량(L)이 매우 커서 이와 같은 방법의 적용이 불가능하다. 왜냐하면 날개(20)의 변형량이 최대 6~7미터까지로 매우 큰데 반하여, 기존의 유압 또는 전기 작동기의 경우 행정거리가 최대 0.5미터까지 밖에 되지 않기 때문이다.
아울러 복합재료 재질의 항공기 날개와 같이 작은 하중 인가에도 변형량이 크게 나타나는 시험 대상의 경우 인가되는 하중 단위는 작고 스트로크는 상대적으로 긴 작동기가 필요하다. 따라서 대변형 구조의 하중 시험을 위해 상기와 같은 조건을 만족할 수 있는 하중 시험용 작동기의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
공개특허공보 제10-2015-0111703호 (2015.10.06)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 대변형 구조의 하중 시험에 적합하도록 작은 하중 단위의 인가가 가능하면서 긴 스트로크의 구현이 가능한 전기 작동기가 적용된 하중 시험 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 하중 시험을 위한 시험 대상에 연결되는 와이어와, 상기 와이어에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀과, 상기 와이어에 목표 하중을 인가하기 위한 전기 작동기를 포함하고, 상기 전기 작동기는, 상기 와이어가 권선되는 풀리와, 상기 풀리의 회전축에 연결되며 상기 풀리를 회전 구동시켜 상기 풀리의 와이어가 감기거나 풀리도록 하는 모터와, 상기 로드셀의 측정값을 근거로 상기 모터의 토크를 제어하여 상기 시험 대상에 걸리는 하중을 제어하는 제어부를 포함하는 하중 시험 장치를 개시한다.
본 발명의 하중 시험 장치에 따르면, 상기 로드셀은 상기 시험 대상에 직접 부착되며, 상기 와이어는 상기 로드셀에 연결될 수 있다.
본 발명의 하중 시험 장치에 따르면, 상기 전기 작동기는, 상기 풀리의 상측에 천장면을 형성하도록 배치된 지지대와, 상기 천장면에 설치되며 상기 풀리에서 나온 와이어를 지지하는 아이들 풀리와, 상기 풀리의 일측에 설치되며 상기 아이들 풀리를 통과한 와이어가 상기 시험 대상에 연결되도록 와이어를 지지하는 보조 풀리를 더 포함하는 구성을 가질 수 있다. 여기서 상기 로드셀은 상기 아이들 풀리와 상기 지지대의 천장면 사이에 설치되며, 상기 와이어는 상기 시험 대상에 직접 연결된다.
한편, 본 발명은 하중 시험을 위한 시험 대상에 복수로 설치되는 상기 구성의 하중 시험 장치와, 상기 각 하중 시험 장치에 포함된 전기 작동기의 제어부에 연결되며, 목표 하중값과 상기 하중 시험 장치의 로드셀에서의 측정값을 근거로 상기 전기 작동기의 제어부에 제어 명령을 인가하는 통합 제어부를 포함하는 다중 분포 하중 시험 시스템을 개시한다.
본 발명의 다중 분포 하중 시험 시스템에 따르면, 상기 각 하중 시험 장치에 포함된 전기 작동기의 제어부는 상기 로드셀로부터의 측정값을 상기 통합 제어부에 전송하도록 구성되며, 상기 통합 제어부는 상기 측정값으로부터 계산된 현재 하중값과 외부에서 입력된 목표 하중값과 비교하여 상기 모터의 출력 토크값을 산출하도록 구성 가능하다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 작은 하중 단위의 인가가 가능하면서 긴 스트로크의 구현이 가능한 전기 작동기를 제공하며, 전기 작동기의 전동기의 토크 제어를 통해 다양한 변형량을 흡수할 수 있는 효과가 있다.
아울러 복수의 하중 시험 장치를 통합 제어하는 구성의 다중 분포 하중 시험 시스템에 따르면, 시험 대상에 다중 분포 하중을 동시 연속적으로 부가할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 항공기 날개의 하중 시험 방법을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 하중 시험 시스템을 나타낸 개략도.
도 3은 도 2에 도시된 하중 시험 장치의 상세 구성을 나타낸 도면.
도 4는 도 2에 도시된 다중 분포 하중 시험 시스템의 블록 다이어그램.
도 5는 도 4에 도시된 통합 제어부의 제어 알고리즘을 나타낸 순서도.
도 6 및 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 시험 장치를 나타낸 전방 및 후방 사시도.
이하, 본 발명과 관련된 대변형 구조에 적합한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 분포 하중 시험 시스템을 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 2에 도시된 하중 시험 장치의 상세 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예의 하중 시험은 항공기(10)를 뒤집어서 날개(20)에 지면 방향을 향하는 하중을 가하는 방법으로 수행된다. 본 실시예에 따르면 복수의 하중 시험 장치(100)가 날개(20)의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 설치된다. 본 실시예의 경우 하중 시험의 대상으로서 항공기(10)의 날개(20)를 예로 들어 설명하고 있으나, 하중 시험의 대상은 변형량이 큰 다양한 시험 대상으로 확장하여 실시 가능하다.
각 하중 시험 장치(100)는 날개(20)에 연결되는 와이어(110)와, 와이어(110)에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀(120)과, 와이어(110)에 목표 하중을 인가하도록 동작하는 전기 작동기(130)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 날개(20)에 복수의 로드셀(120)이 일정 간격을 두고 부착되며, 여기에 와이어(110)를 통해 각 전기 작동기(130)가 연결되어 있다. 이에 따르면 로드셀(120)은 날개(20)의 저면에 직접 부착되며, 로드셀(120)의 하부에 와이어(110)가 연결된다. 다만 날개(20)에 로드셀(120)을 직접 부탁하고 여기에 와이어(110)를 연결하는 방식과 달리 와이어(110)를 날개(20)에 직접 연결하고, 로드셀(120)을 전기 작동기(130) 내부에 설치하는 구성도 가능하며, 이러한 구성에 대해서는 추후 다시 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 전기 작동기(130)는 풀리(131), 모터(132), 제어부(133)를 포함한다.
풀리(131)는 와이어(110)가 권선되는 구조로서 회전 운동에 의해 와이어(110)를 감거나 풀수 있게 구성된다. 풀리(131)는 한 쌍의 축받이(140) 사이에 그 회전축이 회전 가능하게 설치될 수 있으며, 로드셀(120)의 아래측에 위치하도록 배치될 수 있다.
모터(132)는 풀리(131)의 회전축에 연결되며, 풀리(131)를 회전 구동시켜 풀리(131)의 와이어(110)가 감기거나 풀리도록 한다. 모터(132)의 회전축은 커플러(150)를 통해 풀리(131)의 회전축과 연결될 수 있다. 본 실시예의 경우 모터(132)로서 교류 모터가 사용될 수 있다.
제어부(133)는 로드셀(120)의 측정값을 근거로 모터(132)의 토크를 제어하여 날개(20)에 걸리는 하중을 제어한다. 제어부(133)는 모터(132)의 전압 제어를 통해 모터(132)의 출력 토크값을 제어함으로써 날개의 다양한 변형량을 흡수할 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 다중 분포 하중 시험 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 다중 분포 하중 시험 시스템은 항공기(10)의 날개(20)에 복수로 설치되는 하중 시험 장치(100,200,…N)와, 각 하중 시험 장치(100,200,…N)에 포함된 전기 작동기(130)의 제어부(133,233,…)에 연결되는 통합 제어부(C)를 포함한다.
통합 제어부(C)는 외부에서 입력된 목표 하중값과 하중 시험 장치(100,200,…N)의 로드셀(120,220,…)에서의 측정값을 전기 작동기의 제어부(133,233,…)에 제어 명령을 인가한다. 각 하중 시험 장치(100,200,…N)에 포함된 전기 작동기의 제어부(133,233,…)는 로드셀(120,220,…)로부터의 측정값을 통합 제어부(C)에 전송하도록 구성되며, 통합 제어부(C)는 상기 측정값으로부터 계산된 현재 하중값과 외부에서 입력된 목표 하중값과 비교하여 모터(132,232,…)의 출력 토크값을 산출한다.
통합 제어부(C)는 산출된 출력값을 각 하중 시험 장치(100,200,…N)의 제어부(133,233,…)으로 전송하며, 각 제어부(133,233,…)는 전송된 출력 토크값에 따라 모터(132,232,…)에 인가되는 전압을 제어하여 모터모터(132,232,…)의 출력을 제어하게 된다.
도 5는 도 4에 도시된 통합 제어부의 제어 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, 통합 제어부(C)는 입력 수단을 통해 외부에서 입력된 목표 하중값(이하, 목표값)을 읽고(S10), 각 각 하중 시험 장치(100,200,…N)의 로드셀(120,220,…)로부터 측정된 측정값으로부터 산출된 현재 하중값(이하, 현재값)을 수집한다(S20).
다음으로 목표값과 현재값을 비교하여(S30) 이들이 같은 경우, 현재값을 근거로 하여 출력 토크값을 계산하여 각 하중 시험 장치(100,200,…)로 전송한다(S40). 목표값과 현재값이 다른 경우, 현재값이 큰 경우(S31) 토크를 감소시키고(S32), 현재값이 작은 경우(S33) 토크를 증가시켜(S34) 이를 기반으로 출력 토크값을 계산하여 각 하중 시험 장치(100,200,…)로 전송한다(S40).
다음으로 목표값이 변경되었는지 여부를 확인하고(S50), 확인 결과 목표값이 변경된 경우 다시 현재값을 수집하는 단계(S10)를 실행한다.
도 6 및 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하중 시험 장치를 나타낸 전방 및 후방 사시도이다.
본 실시예의 하중 시험 장치는 로드셀(120)을 항공기(10)의 날개(20, 도 2 참조)에 직접 설치하지 않고, 전기 작동기(130)에 설치한 구조이다. 이에 따르면 시험 대상의 위치가 높은 곳에 위치한 경우 로드셀(120) 설치시 발생 가능한 불편을 해소할 수 있으며, 시험 대상 주변의 환경 변화에 따라 로드셀(120)이 영향을 받는 것을 최소화할 수 있다.
본 실시예의 하중 시험 장치는 앞선 실시예의 구성인 풀리(131), 모터(132), 제어부(133)의 구성에 지지대(160), 아이들 풀리(134), 보조 풀리(135)가 추가된 구성을 갖는다. 이하에서는 풀리(131)를 다른 풀리와의 구분을 명확히 하기 위해 풀리(131)를 메인 풀리(131)라 지칭한다.
지지대(160)는 메인 풀리(131)의 상측에 천장면을 형성하도록 배치된다. 본 실시예의 경우 지지대(160)가 역U자 형태를 갖는 것을 예시하고 있다.
아이들 풀리(134)는 지지대(160)의 천장면에 설치되며, 메인 풀리(131)에서 나온 와이어를 지지하도록 구성된다. 아이들 풀리(134)는 모터(132)의 동작에 따른 메인 풀리(131)의 회전에 따라 와이어(110)가 풀리거나 감김에 따라 그에 종속되어 회전하게 된다.
보조 풀리(135)는 메인 풀리(131)의 일측에 설치되며, 아이들 풀리(134)를 통과한 와이어(110)가 날개(20)에 연결되도록 와이어(110)를 지지하도록 구성된다. 보조 풀리(135) 또한 아이들 풀리(134)와 마찬가지로 메인 풀리(131)의 회전에 따른 와이어(110)의 이동에 종속되어 회전하는 구성을 갖는다. 보조 풀리(135)를 통과한 와이어(110)는 지지대(120)의 천장면을 관통하도록 형성된 관통홀(165)을 관통하여 날개(110)에 직접 연결된다.
본 실시예에 따르면, 로드셀(120)은 아이들 풀리(134)와 지지대(160)의 천장면 사이에 설치된다. 로드셀(120)은 별도의 연결구조를 통해 지지대(160)와 아이들 풀리(134)에 연결될 수 있다.
이에 따르면, 로드셀(120)을 이용하여 와이어에 인가되는 장력을 측정할 수 있으며, 통합 제어부(C)는 이로부터 날개(20)에 인가되는 하중을 계산할 수 있게 되며, 이로부터 모터(132)의 출력 토크값을 계산할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 대변형 구조에 적합한 하중 시험 장치 및 이를 이용한 다중 분포 하중 시험 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있으며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
10: 항공기 20: 날개
110: 와이어 120: 로드셀
130: 전기 작동기 131: 풀리
132: 모터 133: 제어부
134: 아이들 풀리 135: 보조 풀리
150: 커플링 160: 지지대

Claims (6)

  1. 하중 시험을 위한 시험 대상에 연결되는 와이어;
    상기 와이어에 걸리는 하중을 측정하는 로드셀; 및
    상기 와이어에 목표 하중을 인가하기 위한 전기 작동기를 포함하고,
    상기 전기 작동기는,
    상기 와이어가 권선되는 풀리;
    상기 풀리의 회전축에 연결되며, 상기 풀리를 회전 구동시켜 상기 풀리의 와이어가 감기거나 풀리도록 하는 모터; 및
    상기 로드셀의 측정값을 근거로 상기 모터의 토크를 제어하여 상기 시험 대상에 걸리는 하중을 제어하는 제어부;를 포함하는 하중 시험 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로드셀은 상기 시험 대상에 직접 부착되며,
    상기 와이어는 상기 로드셀에 연결되는 것을 특징으로 하는 하중 시험 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 작동기는,
    상기 풀리의 상측에 천장면을 형성하도록 배치된 지지대;
    상기 천장면에 설치되며, 상기 풀리에서 나온 와이어를 지지하는 아이들 풀리; 및
    상기 풀리의 일측에 설치되며, 상기 아이들 풀리를 통과한 와이어가 상기 시험 대상에 연결되도록 와이어를 지지하는 보조 풀리를 더 포함하고,
    상기 로드셀은 상기 아이들 풀리와 상기 지지대의 천장면 사이에 설치되며, 상기 와이어는 상기 시험 대상에 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 하중 시험 장치.
  4. 하중 시험을 위한 시험 대상에 복수로 설치되는 제1 내지 제3항 중 어느 한 항을 따르는 하중 시험 장치; 및
    상기 각 하중 시험 장치에 포함된 전기 작동기의 제어부에 연결되며, 목표 하중값과 상기 하중 시험 장치의 로드셀에서의 측정값을 근거로 상기 전기 작동기의 제어부에 제어 명령을 인가하는 통합 제어부를 포함하는 다중 분포 하중 시험 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 각 하중 시험 장치에 포함된 전기 작동기의 제어부는 상기 로드셀로부터의 측정값을 상기 통합 제어부에 전송하도록 구성되며,
    상기 통합 제어부는 상기 측정값으로부터 계산된 현재 하중값과 외부에서 입력된 목표 하중값과 비교하여 상기 모터의 출력 토크값을 산출하는 것을 특징으로 하는 다중 분포 하중 시험 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 시험 대상은 항공기의 날개이며,
    상기 각 하중 시험 장치의 전기 작동기는 상기 날개의 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 상기 날개와 연결되는 것을 특징으로 하는 다중 분포 하중 시험 시스템.
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