A380 랜딩기어 동적해석 CAE 보고서

문서 내 토픽

1. 랜딩기어(Landing Gear) 구조 및 설계

A380-800 항공기의 Body Landing Gear를 해석 대상으로 선정하였다. 랜딩기어는 END_CONNECTOR, CENTER_CONNECTOR, WHEEL_CONNECTOR, BASE, BACK_LOWER_ARM, FRONT_UPPER_ARM, BACK_UPPER_ARM, FRONT_LOWER_ARM, OUTER_CYLINDER, INNER_CYLINDER, FRAME 등 12개의 주요 부품으로 구성되어 있다. CREO PARAMETRIC을 사용하여 3D 모델링을 수행하였으며, 모든 부품은 밀어내기, 회전, 스윕 등의 기본 모델링 기법을 활용하여 설계되었다. 어셈블리 과정에서 축 정렬, 면 일치, 탄젠트 설정 등의 구속 조건을 적용하여 실제 랜딩기어의 기계적 동작을 구현하였다.
2. Rigid Dynamic 해석 및 하중 조건

ANSYS Workbench를 이용한 Rigid Dynamic 해석을 수행하였다. A380-800의 최대 착륙 중량 383,000kg을 기준으로 Normal Landing(하강속도 1.62m/s)과 Hard Landing(하강속도 6.1m/s) 두 가지 착륙 타입을 분석하였다. Normal Landing 시 337,674N, Hard Landing 시 1,261,602N의 하중을 적용하였다. 스프링 상수는 1,127N/mm, 댐핑 계수는 112.7Ns/mm로 설정하였다. 해석 결과 Normal Landing에서 최대 변위 909.54mm, Hard Landing에서 최대 변위 1,101.4mm가 발생하였다.
3. Transient Structural 해석 및 응력 분석

Transient Structural 해석을 통해 시간에 따른 변형과 응력을 분석하였다. Inner Cylinder와 Base의 변위 및 응력을 중점적으로 조사하였다. Normal Landing에서 최대 응력은 0.3175s에 71.905MPa, Hard Landing에서 최대 응력은 0.2775s에 174.3MPa로 측정되었다. Hard Landing이 Normal Landing보다 2배 이상 높은 응력을 발생시키며, 더 빠른 시간에 최대값에 도달함을 확인하였다. 메시 품질 개선을 위해 Element Size를 50mm로 설정하여 평균 Quality를 0.82614로 향상시켰다.
4. 착륙 타입별 동적 거동 비교 분석

Normal Landing과 Hard Landing의 동적 거동을 비교 분석하였다. Hard Landing은 초기 착륙 순간에 더 큰 하중과 변형이 발생하며, 이후 값이 감소하는 경향을 보인다. 반면 Normal Landing은 하중이 점진적으로 증가하여 안정적인 상태에 도달한다. Joint Probe 분석 결과 Normal Landing에서 Arm의 최대 반력은 3,381.9N, Hard Landing에서는 1,235N으로 측정되었다. 이러한 분석을 통해 안전한 설계를 위해서는 Hard Landing 조건을 고려한 설계가 필수적임을 확인하였다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 랜딩기어(Landing Gear) 구조 및 설계

랜딩기어는 항공기의 가장 중요한 구조 요소 중 하나로, 착륙 시 충격을 흡수하고 안정성을 제공합니다. 효과적인 설계는 경량성과 강도의 균형을 맞추는 것이 핵심입니다. 현대적 설계에서는 복합재료의 활용이 증가하고 있으며, 이는 무게 감소와 피로 저항성 향상을 동시에 달성할 수 있게 합니다. 또한 유압 시스템, 댐핑 메커니즘, 그리고 타이어 특성을 통합적으로 고려해야 합니다. 설계 단계에서 다양한 착륙 시나리오를 반영한 최적화가 필수적이며, 이는 항공기의 안전성과 운영 효율성을 크게 향상시킵니다.
2. Rigid Dynamic 해석 및 하중 조건

Rigid Dynamic 해석은 랜딩기어의 동적 거동을 이해하는 데 필수적인 도구입니다. 이 해석 방법은 착륙 시 발생하는 복잡한 하중 조건을 정확하게 모델링할 수 있습니다. 수직 하중, 횡방향 하중, 그리고 종방향 하중을 동시에 고려하면 더욱 현실적인 결과를 얻을 수 있습니다. 특히 비포장 활주로나 경사진 지형에서의 착륙 조건을 반영하는 것이 중요합니다. 이러한 해석을 통해 구조 설계자는 예상되는 응력 분포를 미리 파악하고, 설계 여유도를 적절히 설정할 수 있습니다.
3. Transient Structural 해석 및 응력 분석

Transient Structural 해석은 착륙 순간의 시간 의존적 응력 변화를 정밀하게 추적할 수 있는 강력한 방법입니다. 이 해석을 통해 피크 응력, 응력 집중 영역, 그리고 피로 손상 가능성을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 비선형 효과, 접촉 조건, 그리고 재료의 동적 특성을 포함한 정교한 모델링이 가능합니다. 특히 충격 하중이 구조 전체에 전파되는 과정을 시간 영역에서 관찰함으로써, 설계 개선 방향을 명확히 할 수 있습니다. 이러한 상세한 응력 분석은 구조 신뢰성 향상과 수명 예측에 직접적으로 기여합니다.
4. 착륙 타입별 동적 거동 비교 분석

다양한 착륙 타입별 동적 거동 비교는 랜딩기어 설계의 견고성을 검증하는 중요한 과정입니다. 정상 착륙, 경사 착륙, 한쪽 바퀴 먼저 접지하는 착륙, 그리고 비상 착륙 등 각 시나리오는 서로 다른 하중 분포와 응력 패턴을 생성합니다. 이러한 비교 분석을 통해 최악의 경우를 파악하고, 설계 기준을 수립할 수 있습니다. 또한 착륙 속도, 항공기 무게, 그리고 지면 상태 등의 변수를 체계적으로 변화시키며 분석하면, 설계의 안전 마진을 최적화할 수 있습니다. 이는 결국 항공기의 운영 안전성과 경제성을 동시에 향상시키는 데 기여합니다.