항공용 가스터빈 엔진 랜덤진동 데이터의 통계적 특성 평가 절차 연구

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확장요약문

항공용 가스터빈 엔진의 SoR(Sine on Random) 또는 NBoR(NarrowBand on Random) 성 랜덤진동에 대한 피로평가는 Steinberg, Narrowband, Wirsching 등의 방법론이 적용되고 있다. 이들 기법은 공통적으로 응답이 가우시안(Gaussian) 분포를 따른다는 것을 전제로 하며, 가우시안 분포를 따르지 않는 경우에는 Braccesi 등이 제안한 비가우시안 보정계수 적용 또는 시간 영역에서 rainflow cycle counting을 수행하는 등 해석·시험적 평가 방법의 변경이 필요하다. 따라서 대상품의 피로평가에 앞서 대상 환경의 데이터가 해당 전제를 어느 정도 만족하는지 검토하는 과정이 요구된다.

본 연구에서는 랜덤진동 데이터의 가우시안성 및 정상성을 평가하기 위한 절차를 제안한다. 평가 절차는 PSD를 이용한 주파수 특성 확인, 시간 블록별 통계 지표(Kurtosis, Skewness, Crest Factor)를 이용한 가우시안성 평가, 블록 간 통계 특성 변화를 이용한 정상성 평가의 세 단계로 구성하였다. 각 통계 지표의 계산식은 식 (a) ~ (d)과 같다.

평가 절차 적용을 위해, MIL-STD-810H Method 514.8 Annex D의 Category 22 PSD 진동 규격을 기반으로 IFT(Inverse Fourier Transform)을 이용한 모의 시간 이력 데이터를 활용하였다. 모의 데이터는 분포 특성만을 달리하여 가우시안 및 비가우시안 조건으로 구성하였다. 해당 데이터의 분석을 통해 동일한 주파수 특성을 갖는 서로 다른 응답 간에서도 통계적 특성이 상이할 수 있음을 확인할 수 있다. 본 연구를 통해 랜덤진동 피로평가에 앞서 데이터의 통계적 특성을 확인하기 위한 평가 절차를 제시하고자 한다.