부분구조화 기법을 이용한 대형 레이다용 냉각장치의 수송 진동 응답 및 구조 건전성 평가

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확장요약문

대형 레이다는 표적의 탐지 및 추적을 위해 다양한 전자장비와 구성품이 통합된 시스템으로, 운용 중 발생하는 열을 제거하고 안정적인 운용을 유지하기 위해 냉각장치가 함께 운용된다. 냉각장치는 요구되는 열적 성능과 함께 수송 진동 환경에서의 구조 건전성도 확보해야 한다. 본 연구의 대상인 냉각장치는 차량 섀시에 직접 체결되지 않고 하부의 수평 조절 유닛을 통해 지지된다. 이에 따라 차량 섀시 측에 입력된 진동은 수평 조절 유닛의 동특성과 냉각장치와의 동적 상호작용에 의해 특정 주파수 대역에서 증폭되거나 감쇠되어 전달될 수 있다. 따라서 냉각장치의 수송 진동 응답을 합리적으로 예측하기 위해서는 하부 지지구조를 포함한 조립체 수준의 해석이 필요하다. 그러나 냉각장치와 하부 지지구조를 모두 상세 유한요소 모델로 구성하면 전체 해석 자유도가 증가하여 모달 및 랜덤 진동 해석의 계산 부담이 커진다. 이에 본 연구에서는 하부 지지구조의 동적 영향을 반영하면서 조립체 해석의 계산 효율을 높이기 위해 구성요소 모드 합성법(Component Mode Synthesis, CMS)에 기반한 부분구조화 기법을 적용하였다. 상세 응력 평가가 필요한 냉각장치는 상세 모델로 유지하고, 수평 조절 유닛에는 Craig– Bampton 고정 인터페이스 방법을 적용하여 부분구조의 자유도를 축소하였다. 이를 통해 냉각장치와 하부 지지구조 간의 동적 연성을 고려하면서도 전체 상세 모델의 해석에 수반되는 계산 부담을 줄이고자 하였다.

먼저 전체 상세 모델을 이용하여 차량 섀시 측에 적용한 규격 기반 가속도 파워 스펙트럼 밀도(Power Spectral Density, PSD)와 냉각장치 장착부의 응답 PSD 를 비교하고, 주파수 대역별 진동의 증폭 및 감쇠 양상을 분석하여 하부 지지구조에 의한 진동 전달 특성을 검토하였다. 이어 랜덤 진동 해석을 통해 가진 방향별 응력 응답을 산출하고, 이를 바탕으로 수송 진동 환경에서 냉각장치의 구조 건전성을 평가하였다. 이후 CMS 기반 모델의 정확성을 검증하기 위해 전체 상세 모델과 모달 특성 및 최대 등가응력을 비교하였다. 두 모델의 해석 결과는 유사하게 나타났으며, 이를 통해 부분구조화를 적용한 축소 모델이 전체 상세 모델의 동특성과 응력 응답을 잘 재현함을 확인하였다. 또한 계산 시간, 메모리 사용량 및 결과 파일 크기를 함께 비교하여 하부 지지구조의 동적 영향을 고려한 조립체 해석에서 CMS 기반 모델의 계산 효율을 평가하였다.