본 논문에서는 쉘형 스페이스 프레임 구조물의 구조 불안정 특성을 조사한다. 대공간 구조물은 대경간을 가볍게 만들기 위해 두께비를 얇게 만들어야 하므로, 구조설계시 구조불안정 검토가 중요하다. 쉘형 구조물의 구조불안정은 다양한 조건에 따라 민감하게 반응하며, 이는 대변형을 수반하는 비선형 문제에 귀착하게 된다. 따라서 본 연구에서는 기하학적 비선형을 고려한 수치해석 기법을 통하여 쉘형 스페이스 프레임 구조물의 하중 및 경계조건에 따른 불안정 거동을 비교하고, 불안정 현상에 미치는 영향을 파악하여 기초적인 붕괴 메커니즘을 규명한다.
연소불안정 현상을 제거하거나 효과적으로 제어하기 위해서는 화염구조에 대한 이해가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 OH 자발광 및 He-Ne 레이저 광흡수 계측기법을 이용하여 연소불안정과 화염 구조사이의 상관관계에 대한 실험적 연구를 다양한 실험조건에서 수행하였다. 실험에서는 673 K로 가열된 swirl 형태로 공급되는 건조한 공기와 LNG($CH_4$) 연료를 사용하였으며 전체 당량비는 1.2 조건에서 속도를 25 ~ 70 m/s까지 바꾸어가며 실험을 수행하였다. 이를 통하여 연소불안정 현상이 낮은 속도조건과 높은 속도조건에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 낮은 속도조건의 불안정에서는 화염의 와동구조가 연소불안정현상에 영향을 끼친다는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구의 목적은 지지 면이 다른 조건(안정, 상지 불안정, 하지 불안정, 상하지 불안정)에서의 푸시업 플러스운동이 어깨 안정근의 근 활성도에 미치는 영향을 비교 하는 것이다. 본 연구에서는 18명의 정상인이 자발적인 참여를 했다. 측정 방법은 지지 면이 다른 조건에서 푸시압 플러스를 수행 하는 동안 위세모근, 큰가슴근, 앞톱니근을 표면 근전도로 기록 하였다. 연구 대상자에게는 총 7일 동안 측정을 실시하였다. 결과 값은 푸쉬업 플러스를 실시한 실효치 값의 평균으로 제시하였다. 분석 방법은 반복 측정된 일원배치 분산분석을 이용하였다. 그 결과 위세모근과, 큰가슴근은 다른 조건의 지지 면과의 비교에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다(p>.05). 하지만 앞톱니근에서는 상하지가 불안정한 조건일 때 푸쉬업 플러스 운동을 하는 동안 근 활성도가 가장 많이 향상되었다(p<.05). 따라서 본 연구에서는 어깨의 안정성을 향상시키기 위한 푸쉬업 플러스 운동 방법으로는 상 하지가 모두 불안정한 지지 면을 제공 할 때 가장 효과적 이였다.
연소불안정 현상을 제거하거나 효과적으로 제어하기 위해서는 화염구조에 대한 이해가 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 OH 자발광 및 He-Ne 레이저 광흡수 계측기법을 이용하여 연소불안정과 화염구조사이의 상관관계에 대한 실험적 연구를 다양한 실험조건에서 수행하였다. 실험에서는 673K로 가열되어진 swirl 형태로 공급되는 건조한 공기와 LNG(CH4) 연료를 사용하였으며 전체 당량비는 1.2 조건에서 속도를 25 ~ 70 m/s까지 바꾸어가며 실험을 수행하였다. 이를 통하여 연소불안정 현상이 낮은 속도조건과 높은 속도조건에서 발생하는 것을 확인할 수 있었고, 낮은 속도조건의 불안정에서는 화염의 와동구조가 연소불안정현상에 영향을 끼친다는 것을 알 수 있었다.
부분예혼합 연소기 내 연소불안정 분석을 위한 수치적 연구가 수행되었다. 해석은 연료 조건에 따라 수행되었으며 대와류모사(Large eddy simulation, LES) 기법 및 PaSR 연소 모델이 솔버 내에 도입되었다. 수치해석의 타당성을 확인하기 위한 실험과의 비교 검증이 완료되었으며 정량적, 정성적인 일치도가 확인되었다. 연료 조건에 따라 변화하는 연소기 내 화염 특성이 이어서 조사되었으며 연소불안정 발생과의 연관성이 조사되었다. 해석 결과에 따르면 연료 조건에 따라 화염 길이가 크게 변화하였다. 그리고 화염 길이가 충분히 길어질 경우 화염-와류 상호작용이 벽면 주변에서 발생하였으며 이는 연소불안정 발생의 주요 원인이 되었음이 확인되었다.
액체 추진제를 사용하는 연소기관내의 연소 불안정 현상에 대하여 수치적인 해석을 수행하였다 비정상 다차원 다상 유동장에 대한 Eulerian-Lagrangian 방법에 기반을 두고 수학적으로 모델 하였으며 속도-압력-밀도에 대한 결합메커니즘은 개선된 PISO 알고리즘을 사용하여 처리하였다. 연소실의 기하학적 형상 및 추진제의 분무조건이 액체 연료 추진기관의 연소 불안정 현상에 미치는 영향을 체계적으로 해석하였으며 액체 추진제의 증발 특성이 연소 불안정 현상의 Driving Mechanism에 미치는 영향을 상세히 분석하였다.
KSR-III 주 엔진에서 발생한 연소불안정 방지를 위한 필름 냉각방식의 내열재 배플을 장착한 확대비 5.04의 엔진의 40초 연소시험을 수행하였다. 시험 조건은 KRS-III 새로 설정한 설계점 조건으로 산화제 공급유량 42.04kg/sec, 연료공급 유량 17.96kg/s를 공급조건으로 설정하였다. 연소불안정을 방지하기 위해 필름 냉각방식의 내열재 배플을 장착한 EM#11호기 설계점 연소시험을 한 결과 설정 연소시간인 40초 동안 연소불안정이 발생하지 않았다.
본 연구는 유한요소해석 기반의 Helmholtz solver인 ASCI3D를 사용하여 예혼합 가스터빈 연소기에서 연소불안정 현상과 관련된 주요 결과들을 예측하였다. 해석결과는 실험결과와 비교할 때 일반적인 불안정 특성 예측에는 성공하였으나, 불안정 구간이 나타나는 영역을 다소 과대 예측하는 경향이 발견되었다. 이를 개선하기 위한 노력으로 반사계수가 불안정 특성에 미치는 영향이 분석되었다. 결과로부터 반사계수는 불안정 특성에 큰 영향을 미치고, 정확한 예측 결과를 얻기 위해서는 정확한 음향 경계 조건의 정의가 필수적인 것으로 나타났다.
하이브리드 로켓에서 고주파수 대역의 압력진동(p')과 열 방출 진동(q')이 양의 결합이 저주파수 연소불안정 발생에 필수조건임을 검증하기 위한 실험연구를 수행하였다. 후연소실 길이와 연소 당량비를 변수로 설정하여 p' 진폭과 p', q'의 위상차를 조절하였으며 저주파수 연소불안정의 억제 여부를 판단하였다. 실험 결과에 의하면, 후연소실 길이가 증가하여도 p', q'의 위상차는 ${\pi}/2$ 이하로 연소불안정 발생조건을 유지하지만 p', q'의 결합강도인 RI(Rayleigh index)의 주기적 증폭이 약화되면서 연소불안정이 억제됐다. 또한 특정한 당량비에서 연소불안정이 발생하므로 순간 당량비를 변화시켜 p', q'의 결합을 음의 결합으로 천이시켜 연소 안정화가 이루어짐을 확인하였다. 따라서 고주파수 p', q'이 양의 결합과 RI의 주기적인 증폭으로 연결될 때 저주파수 연소불안정이 나타나는 발생 메커니즘의 중간 경로도 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제37권1호
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pp.85-90
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2013
시간지연을 갖는 불안정한 시스템의 PID 제어는 적용하기가 쉽지 않은데 이는 복소평면의 우반부에 존재하는 극점으로 인한 불안정성과 시간지연의 영향 때문이다. 본 연구에서는 설계자가 제어환경에 따라 오버슈트나 상승시간 등을 미리 정의한 경우의 PID 제어기 설계 기법에 대해 고려한다. 이와 같이 제약성을 갖는 최적화 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 벌점전략이 결합된 RCGA를 사용한다. 이는 제약조건을 위배하면 그 정도에 따라 벌점을 부가하도록 벌점함수를 정의하고, 평가함수에 합하여 비제약성 최적화 문제로 변환하는 방법이다. 제안하는 방법은 불안정 FOPTD 시스템에 적용하고 시뮬레이션을 실시하여 그 유효성을 검토한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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