항공우주시스템공학회 2019년도 추계학술대회 SASE 2019 Fall Conference

소형 항공기용 MR댐퍼 특성 해석

조방현1 · 장대성2,† · 황재혁3,†

1한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부 2한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부 3한국항공대학교 항공우주 및 기계공학부

Characteristic Analysis of MR Damper For Small Aircraft

Banghyun Joe1, Daesung Jang2,†, Jaihyuk Hwang3,† 1Dept. of Aerospace and Mechanical Engineering, Undergraduate at KAU

2Dept. of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University 3Dept. of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University

Abstract : Landing gear for small aircraft require a wide range of damping forces, depending on the

speed of fall and road conditions. Conventional passive landing gears are difficult to satisfy in various

situations. A semi-active MR damper was applied to the aircraft. In order to obtain high damping

force, the magnetic field strength at the stimulus generated when the current is applied must be

strong. In this study, the MR damper was mathematically modeled based on Baron 55 model, which is

a passive landing gear, considering the damping force and geometrical constraints required for small

aircraft, and Gauss’ magnetic law. Magnetic field analysis was performed by finite element method

using Ansys Maxwell software. The damping force region of the controllable MR damper was

identified by using the magnetic field strength obtained through the analysis.

Key Words : Landing gear(착륙장치), Small aircraft(소형 항공기), Semi-active control(반능동 제어),

MR damper(MR 댐퍼), Magnetic field(자기장)

1. 서 론

항공기용 착륙장치는 착륙 시, 낙하 속도, 무게, 노

면 상태에 따라 넒은 범위의 충격을 받게 된다. 항공

기용 착륙장치는 이러한 충격에서 항공기로 전달되는

충격량을 최소화하는 것이 그 목적이다. 기존의 수동

형 댐퍼의 경우 특정한 상황을 가정하여 설계되었기

때문에 다양한 상황에서 같은 수준의 성능을 기대하기

어렵다. 이를 개선하기 위해서 MR유체를 이용한 반능

동형 착륙장치에 대한 연구가 활발하다. MR 댐퍼는 자

기장의 세기를 변화시켜 감쇠력 조절이 가능한 가변형

댐퍼이다.[1] 소형 항공기에 적합한 성능을 가지는

MR 댐퍼를 설계함에 있어서 댐퍼의 특성 해석이 필요

하다.

2. 본 론

2.1 해석 모델

이 연구에서 사용된 MR댐퍼는 MR유체가 작동유체

이고 댐퍼 내에서 자기장을 발생시키는 코어가 장착된

다. 이 연구에서는 소형 항공기에 적용하는 MR댐퍼임

을 감안하여 이중 코일을 사용한 댐퍼를 해석하였다.

이중 코일구조이기 때문에 자극은 총 3개이다. 코어부

는 코일(Coil)과 보빈(Bobbin), 하부와 상부의 알루미

늄 캡(Cap)으로 구성되어 있고 환형 단면적의 유로를

통하여 MR 유체가 자극 사이를 통하여 흐를 수 있게

하였다. 피스톤을 기준으로 위쪽을 상부챔버, 아래쪽을

하부챔버로 정의하고 두 챔버와 실린더 사이에는 MR

유체가 완전히 채워진다. 자기회로에 전류가 인가되면

자극에는 자기장이 부하되고 그 세기에 따라 MR유체

의 항복응력이 변화하고 결과적으로 유동저항이 변화

한다. 이에 따라 피스톤 운동을 감쇠시키는 방향으로

†교신저자 (Corresponding Author)

E-mail: jhhwang @ kau.ac.kr Copyright Ⓒ The Society for Aerospace System

Engineering

FB1-1

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힘이 발생하게 된다. MR유체(MRF-140CG, Lord Co.)

의 자기 특성을 나타내는 B-H커브는 Lord사의 Data

sheet를 참고하였으며, 자기장 세기에 따른 항복응력

의 크기는 Fig.1와 같다.

2.2 해석 결과

전기 회로는 프로그램 내부에서 생성하여 전류를 인

가하였고 Saturation 상태인지 확인하기 위해서 0A에

서 1A까지 0.25A단위로 인가시켰으며 1초이상 인가하

였다. 그에 따른 자기장 세기는 Fig.2와 같고, 유동이

발생하여 흐르는 유동저항과 MR유체의 항복응력에 의

해 발생되는 힘을 합한 감쇠력의 크기를 계산하였다.

위의 내용을 바탕으로 Fig.3와 같이 댐퍼 특성을 확

인하였다. 시뮬레이션 상에서 가진 변위는 ±0.2m, 속

도는 ±3m/s로 설정하였고 최대 1A의 전류를 인가하

였을 때, 항복응력에 의한 최대 댐핑력은 +13.2kN, 최

소 댐핑력은 -13.2kN으로 나타났다.

3. 결 론

이 연구에서는 소량의 MR유체를 사용한 소형 항공

기용 MR댐퍼의 댐핑력 특성을 상용 소프트웨어를 사

용하여 확인하였다. 시뮬레이션 결과 전류의 세기가

커짐에 따라 자기장의 세기가 커지고 항복응력이 증가

함을 확인하였다. 전류의 세기가 어느정도 커지면 자

기장의 세기는 포화상태에 이르는 것을 확인할 수 있

었다. 향후 추가적인 연구를 통해 유로를 통하여 흐르

는 유체 저항을 개선하고 정교한 MR댐퍼의 모델을 구

축할 예정이다.

4. 후 기

본 논문은 산업 통상 자원부의 ‘항공우주부품기술개

발사업 가변댐퍼력을 갖는 1.500lb(680kg) 급 지능형

완충장치 기술 개발(10073291)’의 일환으로 한국 산업

기술평가관리원의 지원으로 수행되었으며, 이에 대해

Fig. 4 Damping force characteristics

(b) Damping force vs. velocity

(a) Damping force vs. displacement

Fig. 1 Field-dependent yield stress of MR fluid

Fig. 2 Magnetic Field Intensity vs. time

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감사드립니다.

참 고 문 헌

[1] Lee, Jong-Woo, Seong, Min-Sang, Woo, Je-

Kwan, Choi, Seung-Bok, ‘’Modeling and Vibration

Control of Small-sized Magneto-rheological

Damper”, Transactions of the Korean Society for

Noise and Vibration Engineering, pp. 1121-1127,

November 2012

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