[기계공학]항공기(비행기) 현가장치 (Aircraft Arresting Gear, MASS-SPRING-DAMPER SYSTME) 시스템분석 - matlab, 비선형화/선형화이용한 시스템 해석

소개글

이 레포트는 시스템 해석 과목에서 학기 텀프로젝트로 진행한 arresting gear의 시스템 해석을 다루고 있으며 이 프로젝트로 A+를 받았다.

Arresting Gear란 항공모함등에서 전투기가 착륙할 때 비행기체의 랜딩기어를 잡아주어 전투기가 짧은 거리안에서 정지할 수 있도록 해주는 장치이다. 이 프로젝트에서는 arresting gear의 여러 장치들을 스프링-댐퍼(spring-damper)시스템으로 단순화하여 주어진 비선형 damping force의 data를 이용 분석한다.

주어진 data를 이용해 함수화하고 (curve fitting포함) 그 방정식을 통해 변위, 속도, 가속도등을 분석한다.

주어진 조건, 장치의 모델링, 모델링된 시스템의 해석(역학적 해석과 방정식), MATLAB CODE, 결과그래프의 분석, 비선형시스템의 선형화해석등을 포함하고 있다.

목차

․ 문제의 해석 (변위, 속도, 가속도, 힘 등)
Solving the given problems.(Displacement, Velocity, Acceleration, Forces, etc)
․ 결과의 분석(그래프와 동적 특성)
Analysis of the results (Plots and Dynamic Characteristics)
․ 선형 시스템 모델링(주어진 방법과 이 프로젝트에서 처음 제안된 방정식)
Modeling of the Linearized system (Given method and my own method)
․ 선형화의 실행가능성에 대한 평
Comment on the feasibility of the linearization.
․ MATLAB Scripts and Result Plots.
․ Curve Fitting of Given Data 의 함수화)

본문내용

항공모함에서 비행기가 착륙할 때 착륙거리를 짧게 해주는 Arresting Gear System은 위와 같이 모델링 할 수 있다. 이 시스템은 전형적인 mass-spring-damper system으로써 비교적 쉽게 시뮬레이션 해 볼 수 있다.

이 프로젝트에서는 모델링 된 시스템을 방정식으로 표현하여 착륙하는 비행기의 변위, 속도, 가속도와 스프링과 Damper가 받는 힘 등을 분석하여 이 시스템이 실제적으로 가능한지, 각 부분의 설정들은 적합한지를 확인해 보고자 한다.

Contents
․ Solving the given problems.(Displacement, Velocity, Acceleration, Forces, etc)
․ Analysis of the results (Plots and Dynamic Characteristics)
․ Modeling of the Linearized system (Given method and my own method)
․ Comment on the feasibility of the linearization.
․ MATLAB Scripts and Result Plots.
․ Curve Fitting of Given Data ( 의 함수화)
(중략)
■ Problem Solving
1) Landing Velocity
; Plot 1-2와 Plot 1-2` 는 주어진 조건에서의 속도변화를 잘 보여주고 있다. 착륙 10초 후의 속도가 1.5m/s 이하로 감속되어야 한다는 조건은 만족시킨다. 또한 시간이 약 8초가량 흘렀을 때, 속도가 3m/s정도임을 확인할 수 있다.

2) Plotting
; Plot 1-1부터 Plot 1-9에서 문제로 주어진 그래프들을 plotting 하였다. Script 4에서 각 그래프를 그리는 부분들을 볼 수 있는데, 하나의 그래프를 그릴 때마다 실행을 반복해서 수행했다. (그래프를 그리는 데 걸리는 시간이 예상보다 길었다.) 보다 자세한 내용은 뒷부분에서 다루도록 한다.

3) Discuss the Result --->> ☆ 동력특성 고찰 포함됨 ☆
(1) 먼저 비행기(식에서는 m1으로 표현됨, 이하 비행기로 서술함)의 거리와 속도는(Plot 1-1 ~ Plot 1-2) 예상했던 결과대로 그래프가 얻어졌고, 주어진 제약조건 즉, a)착륙거리가 260m를 초과하면 안 된다. b) 10초 이내에 속도가 3m/s이하로 감속되어야 한다는 조건은 만족하고 있음을 볼 수 있다.

(2) 비행기의 가속도 그래프를 보면 다소 굴곡이 심한 가속도가 나타남을 볼 수 있는데, 가속도와 질량의 곱이 비행기에 가해지는 힘을 나타내므로 결국 이 가속도는 조종사가 느끼는 충격과 밀접히 관련된다.

참고 자료

MODELING AND SIMULATION OF DYNAMIC SYSTME