정확성, 안정성, 신뢰성: RUAG는 윈드 터널 테스트에서 HBM의 솔루션을 활용합니다.

윈드 터널에 대한 시험을 통해, 엔지니어는 시험 대상의 공기역학적 특성을 설계하고 평가하는데 필요한 데이터를 수집할 수 있습니다. 윈드 터널 테스트는 항공기, 건물, 차량을 축소한 형태이지만 사실감 있게 제작된 모델을 활용하거나 실물 크기의 물체(사람, 차량)를 활용하여 실행합니다.

네덜란드 에멘에 위치한 RUAG Schweiz는 측정 데이터를 가장 정확하게 기록, 처리, 평가하는 윈드 터널 을 운영하고 있습니다.

도전 과제

높은 투자 비용과 운용 비용에도 불구하고, 항공기/차량 제조업체들은 윈드 터널 테스트에 크게 의존하고 있습니다. 윈드 터널 테스트는 점점 복잡해지고, 요구사항도 점차 늘어나고 있습니다. 고품질 측정 데이터가 정적 상태와 과도상태 모두에서 신뢰적이고 효율적인 방식으로 제공되어야 합니다. 또한, 설치에서부터 결과물 제공에 이르는 전체 과정의 생산성은 필수적입니다.

해결 방안

MGCplus 앰프 시스템은 컴팩트하고 이동성이 높게 설계된 전체 시스템에 통합했습니다. 그 결과 표준 케이블, 공기역학적 테스트에 필요한 다양한 측정 센서와 윈드 터널 소프트웨어를 개방형 인터페이스로 구성해 측정 체인을 빠르고 유연하게 연결할 수 있습니다. 솔루션에 대한 추가적인 기준은 교정의 효율성, 국가 표준 준수성, 제조업체의 장기적인 제공 능력에 대한 신뢰성 등입니다.

솔루션

MGCplus/DMP DAQ 시스템의 모듈화(모듈 방식), 유연성, 고정밀도, 우수한 장기적 안정성에 힘입어 다양한 시험이 실행되고 있습니다. RUAG의 다중 컴포넌트 밸런스와 함께 측정 체인을 활용하면 항력과 양력 등 하중을 파악할 수 있습니다. 공기역학 엔지니어는 체인을 최적으로 구성하여 제품 개선과 검증에 필요한 데이터를 획득할 수 있습니다.

신뢰적인 데이터를 확보할 수 있는 윈드 터널 테스트

RUAG에서 실행하는 윈드 터널 테스트의 범위는 매우 포괄적이므로 측정과 데이터 수집에 대한 요구사항은 다양합니다. 가장 단순한 경우, 예들 들어 고객은 우산과 같이 바람에 노출된 시험 대상을 관찰하는 데에만 관심 있을 것입니다. 그러한 경우에는 풍속만을 파악하면 됩니다.

일반적으로, 시험은 복잡하며 시험 대상에 작용하는 하중과 압력에 대한 정량적 데이터를 수집하기 위한 많은 센서를 윈드 터널 테스트 모델에 부착합니다. LOSITA 풍동 시험 모델은 유럽 청정 창공 2 이니셔티브(European Clean Sky 2 Initiative)의 프레임 안에서 구축하여 시험하였는데, 이는 데이터 수집에 대한 요구가 높은, 복잡한 윈드 터널 테스트로 꼽힙니다. 연구비 수여 계약 ‘CS-GA-2013-01-LOSITA-620108’에 따라, LOSITA는 유럽연합의 호라이즌 2020 연구와 혁신 프로그램(Horizon 2020 research and innovation program)의 재정 지원을 받았습니다

이 모델은 항공기에 작용하는 전체적인 힘과 모멘트에 관한 데이터를 수집하기 위해 RUAG의 6-컴포넌트 밸런스를 장착하고 있습니다. 항공기는 프로펠러 터빈에 장착된 강력한 날개 2개를 통해 비행합니다. 프로펠러는 날개 주변의 기류에 상당한 영향을 미치기 때문에 윈드 터널 테스트 모델에 포함해야 합니다. 프로펠러에 작용하는 힘은 프로펠러 허브에 추가적으로 설치된 6-컴포넌트 밸런스를 통해 측정합니다(회전축 균형). 이러한 전체적인 힘에 관련된 데이터에 기초하여, 공기역학자는 항공기의 성능, 안정성, 제어성에 대한 정보를 추출할 수 있습니다.

구조학 분야의 엔지니어는 항공기의 특정 구성품에 작용하는 공기역학적 하중 관련 데이터를 수집하는 데 더 많은 관심이 있을 것입니다. 그러한 데이터는 모델의 다양한 부분에서 측정된 압력 데이터로부터 도출합니다. 이러한 목적으로, LOSITA 모델에는 700개 이상의 압력 탭이 설치되어 있습니다. 대안적이나 보완적인 접근법으로, 단일 제어면에서 힘을 측정하기 위해 설계된 스트레인 게이지 컴포넌트 밸런스를 사용할 수 있습니다.

이러한 “고객” 측정 외에, 가속도계, rpm, 위치, 온도 센서 등 몇 가지 센서를 사용하여 시험과 모델을 제어하고 모니터링할 수 있습니다. 윈드 터널 테스트의 목표가 다양하고 윈드 터널 테스트에서 사용하는 센서도 다양해지고 있으므로, 데이터 수집 시스템에 대한 요구는 매우 까다로워졌습니다. 계측기를 비롯하여 특히 다중 컴포넌트 밸런스는 정확도와 반복성에 관련하여 고객의 매우 엄격한 요구사항에 부응해야 합니다.

DMP/MGCplus 시스템은 현재까지 10년 넘게 RUAG의 윈드 터널 테스트은 물론이고 윈드 터널 균형에 대한 교정을 위해서도 사용하고 있습니다. 정확도, 해상도, 반복성, 가용성 측면에서 제시됐던 애초의 요구사항은 오늘날에도 충족하고 있으며 심지어 더 높은 수준으로 구현하고 있습니다. 또한, 정기적인 교정을 통해 우수한 장기 안정성을 갖추고 있습니다. 수집된 측정 데이터는 고객에게 제품 추가 개선을 위해 확인되거나 정보를 제공되는데 활용되고 있습니다.

윈드 터널 밸런스

6-컴포넌트 밸런스는 직각으로 나란히 작용하는 3개의 힘과 모멘트를 상호 간섭하지 않고 동시에 측정할 수 있습니다. 항공 분야에서는 양력/수직항력(Z), 항력/축력(M), 측력(Y), 롤(L), 피치(M) 요(N) 축 주변의 모멘트가 작용합니다.

RUAG 밸런스는 2등분 요소 2개, 접지 고정식 또는 비메트릭과 메트릭식 2등분 요소로 구성됩니다.

  • 비매트릭스 2등분 요소 : 지면이나 지지대 등 견고한 구조물에 부착하며 윈드 터널 시험에서 모델의 위치를 파악할 수 있게 합니다.
  • 매트릭스 2등분 요소 : 차량이나 항공기 모델 등 측정 대상에 부착합니다.

커넥팅 로드와 측정용 구성품을 고정밀 스트레인 게이지에 연결하면, 기계적 변형률을 전기적으로 기록하고 앞서 실행한 교정을 통해 물리적 단위로 변환합니다.

RUAG의 7xx 밸런스 시리즈

시험 대상과 측정될 힘에 대한 고객의 요구사항은 윈드 터널 시험 모델의 규모에 따라 다르기 때문에, RUAG의 밸런스 제품군은 체적과 하중 범위의 측면에서 최적인 밸런스를 선택할 수 있게 해줍니다.

정밀성과 품질 보증: 측정과 교정

교정은 ISO 9001 품질 보증에 따라 국가 기준에 적합한 방식으로 매년 실행해야 합니다. 이러한 요구사항은 RUAG 다중-컴포넌트 밸런스 뿐만 아니라 MGCplus 시스템에도 적용합니다.

이러한 목적으로 모든 MGCplus 채널에 대한 점검과 교정을 가능하게 하는 교정 시스템을 개발하였습니다. DMP40은 밸런스를 교정하기 위해 사용하며 가장 엄격한 요구사항에도 부응하는 제품입니다.  

RUAG AG 소개

RUAG AG 는 민간과 군용 항공 공급업체이며 이를 위해 서비스를 제공하고 시스템과 구성품을 통합하는 업체입니다. 회사의 핵심 역량은 전체 수명 기간 동안의 항공기나 헬리콥터 수리, 유지보수, 업그레이드, 개발, 제조, 서브시스템 통합입니다.

약 70년 전부터 RUAG의 피합병회사인 Eidgenössisches Flugzeugwerk F+W의 공기 동력학 연구개발 부서는 항공기의 힘과 모멘트를 측정하고 있습니다. 오늘날 당시보다 정교화된 기술 가능성이 있지만 공학자들의 물리적 절차의 이해를 위한 기본적인 질문은 옛날과 동일합니다.

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