캔틸레버 구조 원형 배열안테나의 1차 고유진동수 최적화 분석

키워드

확장요약문

함정에 탑재되는 장비는 선박이 운항 중 발생하는 진동에 대하여 구조적 건전성을 확보해야 한다. 특히 캔틸레버 구조의 원형 배열안테나는 프로펠러로부터 발생하는 저주파 대역의 기저 가진에 대해 충분한 검토가 필요하다.

본 연구에서는 단 별 제한된 외경과 두께 범위 내에서 1차 고유진동수가 프로펠러 통과 주파수(BPF) 금지 대역 위로 상향하는 최소 중량 단면을 결정하는 외경과 두께를 산출한다. 안테나와 장비는 바닥이 고정된 다단 원형 중공보 구조의 각 무게중심 위치에 집중질량 및 회전관성 조건으로 설정하였다. 보의 각 지점에 단위 하중을 가했을 때의 처짐을 단위하중법으로 계산하여 구조물의 휨 특성을 행렬로 나타내고, 이 행렬에 진동 형상을 반복 대입하는 행렬 반복법으로 고유진동수를 구한다. 다음, 프로펠러 주파수로부터 금지 대역을 정하고, 1차 고유진동수가 이 대역을 회피하며 마스트 중량이 가장 적은 단 별 외경과 두께를 찾는다.

각 단은 제한된 외경 내 최대 직경을 적용하였고, 두께는 굽힘모멘트가 지배적인 최 하단에 집중되어 외경과 직경을 상한으로 설계한 중량보다 크게 줄이면서 프로펠러 통과 주파수(BPF) 금지 대역을 회피하는 캔틸레버 구조로 설계하였다. 결정된 단면에 대해 Ansys 모달 해석을 수행한 결과, 계산된 1~6차 고유진동수는 해석 대비 2% 이내의 오차를 보였다. 제안한 계산법은 설계 초기의 단면 결정에 활용할 수 있으며, 원형 배열 안테나 구조를 구현한 추가 해석 및 검증을 추후 진행 예정이다.