차량 위성단말용 고출력 증폭장치의 진동 영향 분석 및 내진동 구조 설계

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확장요약문

차량 위성단말용 고출력증폭장치의 핵심 증폭 소자인 진행파관(Traveling Wave Tube, TWT)은 해외 도입품으로서 단종 및 수입 제한 등의 공급망 리스크가 존재한다. 이에 따라 TWT를 고체상태전력증폭기 (Solid-State Power Amplifier, SSPA)로 대체하는 국산화 설계가 진행되고 있다. 증폭 소자 변경에 따라 전원 구조와 RF 설계가 달라지므로 고출력증폭장치의 재설계가 요구된다. 본 연구에서는 Ka 대역 차량 위성단말용 고출력증폭장치의 국산화 과정에서 도출된 초기 설계모델을 대상으로 진동 해석을 수행하여 진동 특성과 구조건전성을 평가하고 개선사항을 도출하였다. 해석 대상은 몸체조립체, 도파관조립체 및 고출력증폭조립체로 한정하였다. 몸체조립체의 외곽 치수는 기존 모델과 동일하게 유지하고, 전체 질량은 요구사항상 최대값을 적용하였다. 구조물 재질은 AL6061-T6로 설정하였으며, 항복강도와 인장강도는 각각 276 MPa 및 310 MPa이다. MIL-STD-810H Method 514.8, Procedure I의 복합 차륜 차량 진동 프로파일을 적용하고, 항복강도와 인장강도에 각각 안전계수 1.5와 2.0을 적용하였다. 모달 해석 후 모드 중첩법을 이용하여 5~500 Hz 범위에서 축별 랜덤 진동 해석을 수행하였다. 그 결과 도파관조립체와 송풍기조립체에서 50 Hz 미만의 저차 고유진동모드가 확인되었으며, 차량 인터페이스와 몸체조립체를 연결하는 고정블록에서 수직 방향(Y 방향)의 최대 응력이 발생하였다. 도파관조립체와 송풍기조립체에 고정구조물을 추가하고 고정블록의 두께를 증대시킨 개선모델을 해석한 결과, 저차 고유진동모드는 100 Hz 이상의 주파수 영역으로 이동하였다. 또한 최대 응력 발생 위치는 고정블록에서 몸체조립체 외곽 체결부로 이동하였다. 안전여유는 항복강도 기준 0.23, 인장강도 기준 0.12로 산출되어 구조건전성을 만족하였다. 향후 실차 계측 진동 데이터를 적용하여 실제 운용 환경에서의 진동 영향을 추가로 분석할 예정이다.