경사지 주행에서 소형 궤도형 트랙터의 동적 전도 전복 특성에 대한 시뮬레이션 분석

양윤정 강원대학교 대학원 2025 국내석사

As agricultural mechanization progresses, the use of tractors has increased significantly. However, tractors are at a high risk of rollover accidents due to the nature of their operational environment that off road terrains with slopes and numerous obstacles. While various studies have analyzed tractor‘s lateral overturning and backward rollover stability, most focus on static conditions and deficient research deal with dynamic scenarios. This study aims to analyze the dynamic rollover characteristics of small tracked tractors by using simulation program to investigate the relationship between angular velocity and factors such as obstacle height, ground slope angle, and driving speed, and to assess their impact on lateral overturning risk. To identify influencing factors lateral overturning and backward rollover, theoretical analysis was conducted and developed a 3D model reflected factors. The 3D model’s accuracy was validated by comparing influencing factors with those of a small tracked tractor. A dynamic simulation model was developed using the validated 3D model and implemented in the simulation program, Recurdyn(Recurdyn 2023, FunctionBay, Korea). And the model's accuracy was confirmed through static sidelong falling angle, minimum turning radius tests and driving test. We conducted driving test and driving simulation to validate the simulation model under identical conditions with variables including obstacle height(0 – 40 mm), ground slope angle(0 – 50°). When lateral overturning occurred, separate verification was performed by adding driving speed conditions (1st, 2nd, and 3rd gears). Roll angular velocity that a key factor in lateral overturning, was measured using an angular velocity sensor positioned near the tractor’s mass center. The actual driving test and driving simulation results were compared according to obstacle height, ground slope angle, and driving speed, and a T-test was performed to verify the significance between the two results. In all cases, the p-value was greater than 0.05, indicating that there was no significant difference between the two results. So we can determine the developed simulation model can effectively imitate the driving characteristics of small tracked tractor. The validated simulation model was used to determine the critical driving speed, critical angular velocity and analyze the importance of factors influencing tractor lateral overturning and backward rollover. However, since backward rollover was not-occurred under all obstacle height and ground slope angle conditions within the tractor's actual driving speed range, the roll angular velocity related to lateral overturn was analyzed. Obstacle height showed higher obstacles resulting in increased angular velocity. Slope angle displayed inconsistent trends but led to a sharp increase in angular velocity beyond certain critical angles. As the size of the driving speed increases, the angular velocity also tends to increase. Among the variables used in the dynamic analysis, the factor that has the greatest influence on the lateral overturning of a tractor was found to be the height of the obstacle. Lateral overturning consistently occurred when roll angular velocity exceeded 100 deg/s, while non-overturning scenarios reached maximum angular velocities around 80 deg/s. Therefore, when a small tracked tractor's roll direction angular velocity reaches the range around of 80 deg/s while driving on a slope, there is a risk of lateral overturning, so measures for tractor driving stability are likely to be necessary. This study can be used as basic data for developing a overturning and rollover recognition and avoidance system that reflects the dynamic characteristics of a tracked tractor. 농업의 기계화가 진행됨에 따라 트랙터의 사용이 증가하고 있다. 트랙터는 경사지와 장애물이 많은 노외의 환경에서 사용되는 작업특성으로 인해 전도 전복 사고의 위험성이 크다. 트랙터 전도 전복 안전성에 관한 연구들이 다수 수행되었으나 대부분의 연구는 정적인 상태에서 수행되었으며 동적인 상황에서의 안전성 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 소형 궤도형 트랙터의 동적 전도 전복 특성을 분석하기 위해 시뮬레이션을 통한 트랙터 주행 시 장애물 높이, 지면 경사각 및 주행속도에 따른 각속도의 경향을 도출하고 각 요인이 전도 전복에 미치는 영향을 정성적 및 정량적으로 분석하였다. 소형 궤도형 트랙터에 대한 고재현도의 시뮬레이션 모델을 개발하였으며 실물 트랙터 실험을 통해 개발된 시뮬레이션 모델을 검증하였다. 트랙터 측방전도 및 후방전복에 영향을 미치는 인자를 도출하기 위한 이론분석을 수행하고 도출된 주요 영향 인자를 반영하여 실물 소형 궤도형 트랙터의 3D 모델을 제작하였다. 또한, 제작된 3D 모델을 동역학 시뮬레이션 프로그램(Recurdyn 2023, FunctionBay, Korea)에 적용하여 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 개발된 시뮬레이션 모델이 실물 트랙터의 전도 전복 특성을 충실히 모사할 수 있는지 검증하기 위해 정적횡전도각, 최소선회반경 및 주행시험을 수행하고 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 주행시험은 경사지에서 트랙터가 최고속도 0.13 m/s로 주행할 때 장애물을 밟고 넘어가는 순간 급격히 변화하는 각속도를 도출하였다. 주행조건은 장애물 높이는 0 – 40 mm 범위에서 10 mm 간격으로 총 5수준, 지면 경사각은 0 – 50° 범위에서 5° 간격으로 총 11수준으로 설정하였다. 또한, 트랙터 측방전도가 발생하는 경우에서는 주행속도 조건을 추가하여 별도의 검증을 수행하였다. 추가된 주행속도 조건은 최저속도 0.07 m/s, 중간속도 0.11 m/s이다. 시뮬레이션을 통해 실제 정적횡전도각, 최소선회반경 및 주행시험 조건을 모사하여 정적횡전도각과 최소선회반경 결과를 도출하고 시험 결과와 비교하였다. 또한 주행시험에서 계측된 각속도와 주행 시뮬레이션에서 도출된 각속도 간의 유의성을 검증하기 위해 T-test를 수행하고 p-value 값을 분석하였다. 검증 결과, 실물 소형 궤도형 트랙터와 제작된 3D 모델에서 윤간거리, 축간거리, 총중량, 무게분포, 무게중심 위치 등 전도 전복 주요 영향 인자들의 오차율은 모두 5% 이내로 도출되었다. 또한 실험과 시뮬레이션에서의 정적횡전도각 및 최소선회반경의 오차율도 5% 이내로 나타났다. 주행 시뮬레이션과 실제 주행시험 결과에 대한 T-test 검증 결과, 모든 주행조건에 대한 각속도가 5% 유의수준에서 유의한 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 개발된 시뮬레이션 모델은 실물 트랙터의 동적 주행 특성을 충실히 모사할 수 있는 것으로 나타났다. 검증된 시뮬레이션 모델을 활용하여 트랙터의 전도 전복 특성을 분석하였다. 장애물 높이는 0 – 40 mm 범위에서 10 mm 간격으로 총 5수준, 지면 경사각은 0 – 50° 범위에서 5° 간격으로 총 11수준으로 설정하여 트랙터가 장애물을 밟고 지나갈 때 급격히 변화하는 각속도를 도출하였다. 트랙터의 실제 주행속도 범위 내에서는 모든 장애물 높이 및 지면 경사각 조건에서 후방전복이 발생하지 않았다. 주행속도를 매우 증가시킨 경우 후방전복이 발생했으며 이때 장애물 높이가 증가할수록 후방전복이 발생하기 시작하는 경사각 및 임계주행속도가 감소하는 경향을 보였다. 트랙터가 최고속도 0.13 m/s로 주행할 때 장애물 높이, 지면 경사각 및 주행속도에 따른 트랙터 롤방향 각속도를 도출하고 경향을 분석하였다. 장애물 높이에 따른 롤방향 각속도 도출 결과, 모든 지면 경사각 범위에서 장애물 높이가 증가할수록 각속도가 커지는 경향을 보였다. 이는 장애물이 트랙터에 동적인 거동에 직접적인 영향을 미치는 요인이기에 뚜렷한 결과가 도출된 것으로 볼 수 있다. 지면 경사각에 따른 롤방향 각속도 도출 결과, 지면 경사각에 따른 각속도는 특정한 경향을 보이지 않았으나 경사각이 특정 값보다 커지면 각속도가 급증하는 경향이 나타났다. 이는 높은 경사각이 트랙터 측방전도를 유발하여 각속도에 큰 영향을 미친 것으로 볼 수 있다. 주행속도에 따른 롤방향 각속도 도출 결과, 주행속도가 증가함에 따라 각속도가 증가하는 경향을 보였다. 이는 주행속도가 증가하면 운동에너지가 증가하여 트랙터가 장애물을 밟고 넘어갈 때의 불안정성을 가중시키기 때문인 것으로 판단된다. 트랙터 측방전도가 발생하기 시작하는 주행속도 및 주행 각속도인 임계주행속도 및 임계주행 각속도를 도출하였다. 측방전도가 발생한 모든 경우에서 지면 경사각을 1° 간격으로 조정하며 장애물 높이 및 지면 경사각 조건에 따른 임계주행속도를 도출하였다. 평지를 제외한 모든 경우에서 지면 경사각이 높아질수록 임계주행속도는 낮아지는 경향을 보였다. 평지에서는 주행속도를 증가시켜도 측방전도가 발생하지 않았으며, 특정 주행속도 이상에서 후방전복이 발생하였다. 후방전복이 발생하는 주행속도는 실물 트랙터의 최고 주행속도보다 매우 컸으며 이는 극단적으로 설정된 속도가 차체 균형을 무너뜨려 이어진 결과로 볼 수 있다. 측방전도가 발생한 경우 중, 두 가지의 장애물 높이 및 지면 경사각 조건을 사용하여 각속도를 분석하였다. 두 조건 모두 속도 조정을 통해 측방전도가 발생하지 않는 경우의 각속도를 도출하고 측방전도가 발생한 경우의 각속도 결과와 비교 분석하였다. 측방전도가 발생하지 않은 경우 장애물을 밟기 전후의 각속도 범위는 유사한 수준을 유지한 반면 측방전도가 발생한 경우의 각속도 범위는 큰 폭의 차이를 보였다. 측방전도가 발생한 경우 중 장애물 높이는 높고 지면 경사각 및 주행속도는 낮은 조건에서의 각속도 변화 범위가 더 큰 것으로 나타났다. 이는 장애물의 높이가 타 요인 대비 롤방향 각속도 변화에 더 큰 영향을 미치기 때문인 것으로 판단된다. 동일한 임계주행속도를 가지는 조건에 대해 시간에 따른 각속도를 비교 분석하였다. 주행속도가 동일한 경우 지면 경사각이 더 높은 조건에서의 각속도 값이 더 낮았으며, 이는 트랙터 롤방향 각속도에 지면 경사각보다 장애물 높이가 더 큰 영향을 미치는 것으로 판단할 수 있다. 트랙터 측방전도가 발생하지 않는 조건들의 롤방향 각속도의 최댓값은 86.5 deg/s로 나타났으며, 측방전도가 발생하는 모든 조건의 롤방향 각속도는 100 deg/s를 초과한 이후 각속도 크기가 점차 증가하며 측방전도가 발생하였다. 따라서 소형 궤도형 트랙터의 경사지 주행 시 롤방향 각속도가 80 deg/s 수준에 도달하면 측방전도가 시작될 위험이 있어 트랙터 주행 안정성을 위한 조치가 필요할 것으로 보인다. 추후 추가적인 시뮬레이션 분석을 수행하여 많은 데이터를 구축하고 데이터 결과를 활용한 3D 매핑 등의 기법을 이용한다면 트랙터 전도 전복에 대한 보다 정확한 안전 범위를 설정할 수 있을 것이다. 본 연구는 트랙터 동적 특성을 반영한 전도 전복 인식 및 회피 시스템을 개발하는 기초 자료로 활용될 수 있다.

경사각 및 방위각별 태양광 발전량 분석 : 경북 상주 지역 경사각 및 방위각에 변화에 따른 일사량 및 태양광 발전량

이승환 경북대학교 대학원 2017 국내석사

새로운 태양광 발전 시스템 설계 방법을 제시할 수 있도록 각기 다른 경사각 및 방위각 방향의 일사량 측정 시스템과 태양광 발전량 측정 시스템을 같은 장소에 설치하였다. 일사량 측정 시스템은 정남 방향을 기준으로 경사각만 조절한 6개소와 경사각 35.0° 정남 방향 기준으로 4개소에 일사량계를 설치하였다. 태양광 모듈의 방향은 경사각 및 방위각 방향에 대한 효율을 구하기 위해 일사량계와 같은 방향을 포함하여, 여러 방향에 대한 태양광 누적 발전량을 측정하고 태양광 발전효율을 분석하기 위해 전체 17방향에 태양광 모듈을 설치하였다. 경사각 및 방위각별로 1년 최대 일사량은 27.5°S에서 1,618.4kWh/㎡·year로 가장 높게 나타났고, 0.0°S에서 1,461.2kWh/㎡·year로 가장 낮게 나타났다. 1년 최대 누적 발전량은 27.5°S에서 179.1kWh/㎡·year로 가장 높게 나타났고, 각 계절별 최대 누적 발전량들의 합은 189.1kWh/㎡·year이며, 각 월별 최대 누적 발전량들의 합은 189.8kWh/㎡·year이다. 각 발전량의 상대적 차이는 6.0%, 5.6%, 0.4%로 나타났다. 1년 일사량에 대한 경사각 및 방위각별 효율은 10.07%에서 11.45%이며 35.0° S22.5°E에서 최대가 나타났다. 일반적으로 제시되는 태양광 모듈의 발전 효율과 현장 설치된 태양광발전시스템의 효율은 상당한 차이를 보인다. 따라서 이러한 부분에서 태양광 모듈의 효율을 표시 할 때는 새로운 표준이 필요할 것으로 생각된다. 수치해석 의한 데이터에서 1년 일사량이 가장 높은 방향은 27.5°S이며 1618.4kWh/㎡·year가 나타났고, 1년 발전량이 가장 높은 방향은 30.0°S이며 발전량은 179.2kWh/㎡·year가 나타났다. This research is carried out to provide fundamental data for the design of photovoltaic systems. In order to propose design method of photovoltaic power generation system, the photovoltaic power generation measurement system and the solar radiation measurement system were constructed with different tilt and azimuth direction. Methodologically, the solar radiation installations from 10 different pyreheliometers are measured, which are set up at 6 and 4 different levels of tilts and azimuth, respectively. And Include directions such as pyreheliometers, the photovoltaic system installations from 17 different module are measured. The cumulative solar radiation and cumulative photovoltaic power generation were measured during a year. Maximum of a yearly accumulated solar radiation is 1,618.4kWh/㎡·year with a tilt angle of 27.5°S. Minimum of a yearly accumulated solar radiation is 1,461.2kWh/㎡·year with a tilt angle of 0.0°S. And Maximum of a yearly accumulated photovoltaic power generation is is 179.1kWh/㎡·year with a tilt angle of 27.5°S. When designing fixed adjustment photovoltaic power generation system, the sum of maximum cumulative photovoltaic power generation by seasonal is 189.1kWh/㎡·year, the sum of maximum cumulative photovoltaic power generation by monthly is 189.8kWh/㎡·year. And each relative difference is 6.0%, 5.6%, 0.4%. The photovoltaic power generation system efficiency by the tilts and azimuths with respect to the cumulative solar radiation for 1 year was 11.45% to 10.07% and the highest efficiency direction at 35.0° S22.5°E. Generally, there is a difference between the theoretical module and installed photovoltaic power generation system efficiency. Therefore not only simple theoretical module index but also we need to it is considered that the performance index of solar module should be needed when installed on site. Numerical analysis shows that a maximum of a yearly accumulated solar radiation is 1,618.4kWh/m2·year with a tilt angle of 27.5°S and maximum of a yearly accumulated photovoltaic power generation is 179.2kWh/m2·year with a tilt angle of 30.0°S.

태양광 모듈 방위각 및 경사각 변경 효과에 따른 경제성 분석 연구

이민수 고려대학교 그린스쿨대학원 2021 국내석사

세계 신재생에너지 설치용량은 급격히 증가하고 있으며 그 중 태양광은 2019년 연간 전체 발전원 설치용량 중 48%를 차지하며 압도적으로 최대 발전원임을 증명했다. 우리 정부도 『재생에너지 3020 이행계획』을 발표하며 확대 의지를 밝혔고, 대한민국은 2019년 세계 태양광 시장 Top 10에 등극하며 그 위엄을 떨치고 있다. 그러나 육상태양광은 국토의 자연훼손 및 난개발의 문제점이 제기되었고, 이에 정부도 유휴수면 활용 및 발전량 증대 등의 장점을 앞세우며 대두된 수상태양광 설치를 정책적으로 장려하였다. 하지만 수상태양광 발전시스템 역시 경관 훼손 및 설치면적 축소 등의 민원이 지속적으로 제기되며, 한국환경정책평가연구원(KEI)에서도 설치면적에 대한 가이드라인이 필요함을 제시하기에 이르렀다. 이에 본 논문에서는 태양광 설치 시 제한된 설치면적 내에서 설치용량 및 발전량을 증가시킬 수 있는 새로운 태양광 발전시스템 방법론을 제안하여, 국토의 효율적 및 친환경적 이용으로 『재생에너지 3020 이행계획』을 달성하면서 주민 수용성을 증대시킬 수 있는 방안을 모색하고자 본 연구를 진행하였다. 먼저 현재 운영되고 있는 상주 수상태양광 오태2발전소를 대상지로 선정하였으며, 동일한 면적(10,413㎡)을 최대한 활용한다는 전제 하에서 기존에 설치되어 있는 모듈 방위각 정남향(0도) 및 경사각 12도를 기준으로, 방위각을 동서방향(±90도)으로 경사각은 4/8/12/16/20도로 각각 변경 배치하여 모듈을 추가 설치할 경우, 설치용량, 발전량 및 발전시간, 모듈성능비(PR)에서 얼마나 차이가 나는지 Sketchup(2017) software를 통한 3D 모델링 및 태양광 시뮬레이션 툴인 PVSyst(V7.1.0) 프로그램을 이용한 시뮬레이션으로 비교 분석 연구를 진행하였다. 모듈 방위각을 정남향으로 설치했을 경우와 동서방향으로 설치했을 경우 모듈 경사각별 추가 설치 가능 용량을 확인하였을 때, 모듈 남향 배치 시 1,029.2kWp에 비해 모듈 경사각별 동서방향 배치 시 1,116.0kWp(모듈 경사각 4도)∼1,227.6kWp(모듈 경사각 20도)의 모듈이 설치 가능한 것으로 분석되어, 8.43%(86.8kWp)∼19.28% (198.4kWp)의 추가 모듈 설치가 가능한 것으로 나타났다. 또한 모듈 경사각별 동서방향 배치 시 1,390.7MWh/year(모듈 경사각 4도)∼1,471.6MWh/year(모듈 경사각 20도) 범위의 1차년도 발전량이 분석되어, 모듈 남향 배치 시 발전량인 1,379.0MWh/year 보다 모듈 경사각 4도 시 0.85%(11.7MWh/year)에서 모듈 경사각 20도 적용 시 최대 6.72% (92.6MWh/year) 정도 발전량이 더 증가하는 것으로 나타났다. 다음으로 발전시간 3.28kWh/kWp/day(모듈 경사각 20도)∼ 3.41kWh/kWp/day(모듈 경사각 4도)까지의 범위를 나타내어 남향 배치 시 발전시간인3.67kWh/kWp/day와 비교하였을 때 0.26∼0.39kWh/kWp/day의 차이를 보였으며, 이어서 모듈성능비는 86.07%(모듈 경사각 20도)부터 86.90%(모듈 경사각 4도)의 범위에서 모듈 남향 배치와 모듈 경사각별 동서방향 배치 간 –0.72%p∼+0.11%p까지 차이가 나타났다. 이후 위와 같이 진행된 3D 모델링을 통해 얻은 분석 결과를 바탕으로 편익/비용 비율(B/C ratio), 순현재가치(NPV), 내부수익률(IRR) 그리고 투자회수기간(Year-to-positive cash flow)과 같은 평가지표를 통한 경제성 분석을 실시하여 모듈 동서방향 배치가 남향 배치와 비교하여 경제성을 지니는 태양광 발전시스템 방법론이 될 수 있는지 주요 가정 및 조건을 설정한 후 적용하여 분석하였고, 그 결과 순현재가치는 473.0백만원(모듈 경사각 20도)∼533.2백만원(모듈 경사각 4도)까지의 범위를 나타내어 남향 배치(650.8백만원)와 비교하였을 때 117.6백만원∼177.8백만원의 차이를 보였으며, 편익/비용 비율은 모듈 경사각별 동서방향 배치 시 1.40(모듈 경사각 20도)∼1.46(모듈 경사각 4도) 사이에서 거의 비슷한 결과를 보여 남향 배치(1.54)와 비교하였을 때 0.08∼0.14의 차이가 나타났다. 다음으로 내부수익률 중 PIRR은 7.91%(모듈 경사각 20도)∼8.65%(모듈 경사각 4도)의 범위를 나타냈으며 남향 배치(9.85%)와 비교하였을 때 1.20%p∼1.94%p의 차이를 보였고, EIRR은 17.22%(모듈 경사각 20도)∼20.34%(모듈 경사각 4도)까지의 범위를 나타내어 남향 배치(25.60%)와는 5.26%p∼ 8.38%p의 차이를 보였다. 이어서 투자회수기간은 모듈 남향 배치(4년차)에 비해 투자 회수기간이 약 1년(모듈 경사각 4/8/12/16도)∼2년(모듈 경사각 20도) 정도 더 걸리는 것으로 나타났다. 계속해서 비용 측면의 모듈 가격의 하락 등 총사업비 감소 및 편익 측면의 모듈 또는 시스템 등의 효율 상승으로 인한 발전량 증가 등 주요 변수를 변화시키는 민감도 분석을 실시함으로써, 설정한 주요 가정 및 조건의 오차를 보완하면서 나아가 위에서 분석된 경제성과의 비교 분석을 진행하였다. 동일 모듈 경사각(12도)일 경우 비용 측면에서 총사업비가 16.26% 및 26.02%가 감소한다고 가정하였을 때, 모듈 남향 배치 시 편익/비용 비율은 기존 1.54에서 각각 1.72 및 1.85로 높아졌으며, 내부수익률 중 PIRR은 기존 9.85%에서 각각 12.64% 및 14.80%, EIRR은 기존 25.60%에서 각각 38.45% 및 48.72%로 증가하였고, 순현재가치는 650.8백만원에서 각각 870.8백만원 및 1,002.9백만원으로 각각 약 34% 및 54% 증가하였다. 이에 비해 모듈 동서방향 배치 시 편익/비용 비율은 기존 1.44에서 각각 1.61 및 1.73으로 높아졌으며, 내부수익률 중 PIRR은 기존 8.41%에서 각각 11.08% 및 13.13%, EIRR은 기존 19.34%에서 각각 31.22% 및 40.78%로 증가하였고, 순현재가치는 522.4백만원에서 777.1백만원 및 929.9백만원으로 각각 약 49% 및 78% 증가하여 모듈 남향 배치에 비해 높은 민감도를 ㅋ지니는 것으로 확인되었다. 또한 마찬가지로 동일 모듈 경사각(12도)일 경우 편익 측면에서 발전량이 10.00% 및 20.00%증가한다고 가정하였을 때, 모듈 남향 배치 시 편익/비용 비율은 기존 1.54에서 각각 1.64 및 1.73으로 높아졌으며, 내부수익률 중 PIRR은 기존 9.85%에서 각각 11.31% 및 12.72%, EIRR은 기존 25.60%에서 각각 32.24% 및 38.83%로 증가하였고, 순현재가치는 650.8백만원에서 851.2백만원 및 1,051.6백만원으로 각각 31% 및 62% 증가하였다. 이에 비해 모듈 동서방향 배치 시 편익/비용 비율은 기존 1.44에서 각각 1.53 및 1.61로 높아졌으며, 내부수익률 중 PIRR은 기존 8.41%에서 각각 9.81% 및 11.16%, EIRR은 기존 19.34%에서 각각 25.46% 및 31.58%로 증가하였고, 순현재가치는 522.4백만원에서 731.3백만원 및 940.2백만원으로 각각 약 40% 및 80% 증가하여 역시 모듈 남향 배치에 비해 높은 민감도를 지니므로 향후 총사업비 감소 및 발전량 증가 시 보다 더 높은 경제성을 확보할 수 있을 것으로 분석되었다. 추가적으로 모듈 동서방향 배치와 남향 배치 간 동일한 경제성이 나타나는 총사업비 감소율 및 발전량 증가율을 확인하였으며, 현재 기준으로 모듈 동서방향 배치 시 총사업비가 8.00% 감소하였을 경우 그리고 모듈 동서방향 배치 시 발전량이 10.00% 증가하였을 경우, 모듈 남향 배치 시와 거의 동일한 수준의 경제성을 지니는 것으로 분석되었다. 본 연구는 모듈 방위각 및 경사각 변경 효과에 따른 발전량 및 모듈성능비 등을 태양광 시뮬레이션 툴인 PVSyst라는 프로그램을 이용하여 분석함에 있어 실제 운영 데이터를 이용한 가정조건 검증을 통해 최대한 실제와 가깝게 보정하여 연구를 실시함으로써 실효성을 확보했으며, 이를 통해 제한된 설치면적 내 태양광 설치 시 적정 모듈 경사각을 적용한 모듈의 동서방향 배치로 모듈 남향 배치와 비교하여 설치용량을 증가시킴으로써 정남향 모듈 배치가 아닐 경우 발생하는 발전량 감소를 상쇄하고 나아가 연간발전량을 증대시켜 경제성까지 제고할 수 있는 근거를 제시했다는데 의의가 있다. 더불어 모듈 동서방향 배치의 적정 모듈 경사각을 고려할 경우 RPS 공급의무자들은 자체 사업을 실시할 때 같은 부지에서 더 많은 의무공급량을 의무 이행할 수 있는 태양광 발전 방법론 중 하나로도 검토 가능할 것이며, 도시에 설치하는 지붕 또는 주차장 태양광 발전시스템은 여건상 항상 남향으로 설치하기 어려운 환경 및 조건이므로 본 연구를 활용한다면 경제성을 고려한 효율적인 발전시스템 구축을 진행할 수 있을 것으로도 기대된다. 또한 경제성 및 민감도 분석 결과 향후 총사업비 감소 및 발전량 증가 시 경제성을 제고할 수 있는 잠재성을 지니고 있다고 볼 수 있으므로 요즈음 태양광 발전소들의 성능개선, 즉 리트로핏(retrofit)이 화두가 되고 있는 상황에서 본 고에서 실시한 연구가 마중물로서 후속 연구들이 진행되어, 앞으로 제한된 설치면적 내에서 설치용량 및 발전량을 모두 증가시킬 뿐만 아니라 경제성 확보가 가능한 발전소 구축 및 성능개선이 실현되기를 기대해 본다. 마지막으로 본 논문에서 진행된 비교 분석 연구를 통해, 설치용량의 증가율보다 낮은 총사업비 및 유지보수 비용의 증가율을 위한 설계 단계에서부터의 노력과 더불어 발전량 및 발전효율이 더 높은 결과를 보이는 양면수광형 모듈 또는 고정가변형, 추적식(회전식) 구조물을 적용하거나 또는 동서방향 배치로 고려할 부지를 선택할 때 남는 면적이 없이 모듈 직병렬을 구성할 수 있는 부지를 선택하고 동서방향 배치이므로 유지보수 통로를 반으로 줄일 수 있는 이점을 십분 활용한다면, 설치용량의 증가율을 최대로 하고 총사업비를 줄여 경제성을 높임으로써 본 연구에서 설정한 목적을 충분히 달성할 수 있을 것으로 사료된다.

溫熱環境分析을 통한 스틸하우스의 最適 지붕傾斜角에 關한 硏究

박현식 慶北大學校 大學院 2004 국내석사

The purpose of this study represents suitable slopes of the roofs in steel houses and those of regarding thermal environment. Based on this, a paper has the purpose of using basic data to represent slopes of the roofs in steel houses, which would be the most appropriate to the meteorological condition in Korea at the coming decades. The slopes of roofs in buildings are important factors relating to the amount of insulation. This insulation will also in fluence on building indoor thermal environment. Therefore, after calculating the amount of insulation by the angles of slopes we find all heat transmission and compare every value with each other. We select seven types as a study model according to slopes of roofs and choose a shed roof for a shape. The results that analyzed seven models by a phoenics program are as follows; The best slopes of the roofs in the summer season appeared with the 45 degrees that indoor vertical temperature was the lowest. The insolation in the winter season almost had not influence on a temperature indoor change of slopes of roofs. Conclusively, the best slopes of roofs which appeared in steel houses were the most suitable at 45 degrees to reduce energy consumption by summer air-conditioning.

휠체어 추진 시 등받이 경사각도에 따른 심폐기능 변화 특성에 관한 연구

채수영 대구대학교 재활과학대학원 2005 국내석사

본 연구는 휠체어 추진 시 등받이 경사각도 변화에 따른 심폐기능의 변화에 대하여 알아봄으로써 올바른 휠체어 등받이 경사각도의 적용을 위한 기초자료를 제공하는데 있다. 이러한 연구의 목적을 달성하기 위하여 일정한 휠체어 추진속도(60m/min)에서 휠체어 등받이 경사각도 0°, 10°, 20°를 적용하여 휠체어 등받이 경사각도가 심폐기능에 미치는 영향을 알아보았다. 실험에 사용된 도구로 호흡수, 산소흡입량, 산소흡입량/kg의 변화는 휴대용 무선 호흡대사분석 시스템을 이용하여 측정하였으며, 심박수는 무선 심박수 측정기를 이용하여 얻은 결과는 다음과 같다. 첫째, 휠체어 등받이 경사각도 변화에 따른 호흡수의 안정 시, 추진 후 5분, 10분의 측정에 있어서 호흡수와 각도와의 관계에서는 유의한 차이가 없었다(p>.05). 둘째, 휠체어 등받이 경사각도 변화에 따른 산소흡입량의 안정 시, 추진 후 5분, 10분의 측정에 있어서 산소흡입량과 각도와의 관계에서 유의한 차이가 있었다(p<.05). 셋째, 휠체어 등받이 경사각도 변화에 따른 산소흡입량/kg의 안정 시, 추진 후 5분, 10분의 측정에 있어서 산소흡입량/kg과 각도와의 관계에서 유의한 차이가 있었다(p<.05). 넷째, 휠체어 등받이 경사각도 변화에 따른 심박수의 안정 시, 추진 후 5분, 10분의 측정에 있어서 심박수와 각도와의 관계에서 유의한 차이가 있었다(p<.05). 이상과 같은 결과로 미루어 볼 때, 휠체어 추진 추진에 따른 휠체어 등받이 경사각도의 변화는 호흡수의 변화에는 영향을 미치지 않았으나, 산소흡입량과 심박수에는 영향을 미치고 있으며, 이는 휠체어 착석 자세의 변화가 심폐기능의 변화 요인으로 작용하고 있다는 것을 보여준다. 따라서 일상생활에서의 휠체어 추진 시 심폐기능의 부담을 줄이기 위해서 올바른 착석자세를 취하도록 재활프로그램을 실시하여야 할 것이며, 등받이 경사각도가 조절되지 않는 휠체어의 사용 시 휠체어 착석시스템의 제공이 필요하리라 사료된다. This study was purposed to provide basic information on the correct application of wheelchair's backrest angle through investigating the change in cardiopulmonary function per backrest angel on propulsion. This study had examined the effects of the wheelchair's backrest angel on the cardiopulmonary function by varying the angle to 0°, 10° and 20° on the propulsion velocity of 60m/min. The experimental parameters were respiration rate, oxygen consumption rate and oxygen consumption rate/kg which were measured by portable wireless oxygen consumption meter(COSMED, K4b²), in addition to the heart rate measured by heart rate monitor(Polar, S610i). The results of the study were as follows : 1. There were no statistically significant differents between respiration rate and backrest angle by change of wheelchair backrest angle(p>.05). 2. There were statistically significant differents between oxygen consumption rate and backrest angle by change of wheelchair backrest angle(p<.05). 3. There were statistically significant differents between Oxygen consumption rate/kg and backrest angle by change of wheelchair backrest angle(p<.05). 4. There were statistically significant differents between heart rate and backrest angle by change of wheelchair backrest angle(p<.05). In conclusion, the change in the backrest angel of wheelchair on propulsion makes an influence on oxygen consumption rate and heart rate, while the respiration rate in not affected. Therefore, a training program for good seating and posture needs to be provided, and the wheelchair seating system should be furnished to the angle-unadjustable wheelchair to reduce the functional load of the cardiopulmonary system.

LVDC 계통에서 사고전류 경사각에 의한 사고구간 분리장치의 제어알고리즘 및 운용특성

한병길 한국기술교육대학교 일반대학원 2025 국내박사

방사형 LVDC 계통은 기존의 AC 계통과 유사하고 사고해석이 용이하여, LVDC 배전계통을 구성하는 측면에서 채택할 가능성이 높은 형태로 알려지고 있다. 그러나, 이러한 구조의 LVDC 계통은 기존의 AC 방식에서 채용하고 있는 협조시간차와 T-C 곡선특성(반한시)를 이용한 보호협조 방법을 동일하게 적용하기 어려운 문제점이 있다. 즉, 메인컨버터에 내장된 보호기능(H/W, S/W)은 반도체 소자들을 보호하기 위해, 센서로 부터 측정된 파라미터가 보호 범위를 벗어나면 수 ms 이내에 순시적으로 동작하기 때문이다. 이로 인해, LVDC 배전선로의 간선, 분기선에 설치된 보호기기들은 사고구간 판별과 보호협조 동작을 수행할 시간적인 여유가 없게 되어, 정전구간이 확대될 가능성이 있다. 이에 따라, LVDC 계통의 간선에서 발생한 사고구간을 분리할 수 있는 방안이 제시되고 있지만, 분기선에 사고가 발생한 경우에 대하여 간선의 정전구간을 최소화하기 어려운 실정이다. 본 논문에서는 사고전류의 경사각 특성을 바탕으로 신속하고 정확하게 사고구간을 건전구간으로부터 분리할 수 있는 사고구간 분리장치(fault isolation device, FID)와 이를 제어하는 알고리즘을 제시한다. 여기서, 사고구간 분리장치는 주 통전부(main path)와 전류 제한부(current limit path)로 구성된다. 즉, 주 통전부는 n 개의 스위치 모듈을 직렬로 연결한 메인 스위치로 구성되고, 전류 제한부는 전류제한 스위치와 전류제한 저항으로 이루어지며, 이것은 주 통전부의 메인 스위치와 동일한 형태를 가진다. 또한, 주 통전부와 전류 제한부의 스위치는 높은 내압을 가지고 수 ms 이내에 빠르게 동작하는 소자인 반도체 스위치(MOSFET)를 채용하며, 스위치 모듈은 전류를 양방향으로 제어하기 위하여 2개 스위치의 소스를 공통으로 접속한다. 사고구간 분리장치의 동작 메커니즘은 초기동작 모드(Mode I), 보조동작 모드(Mode II), 주동작 모드(Mode III), 회복동작 모드(Mode IV)로 분류된다. 여기서, 주동작 모드의 전류 제한 개념은 구간컨버터 2차측에서 단락 사고가 발생한 경우, 사고구간을 제거하는 시간대까지 사고전류를 일정한 값으로 제한하는 것이다. 또한, 사고구간 분리장치를 제어하기 위해, LVDC 계통에서 선로정수, 구간컨버터의 2차측 전압 및 수용가 부하전류, 구간컨버터의 내부 임피던스에 따른 경사각 특성을 바탕으로 사고전류 경사각의 수학적 정식화를 제시한다. 상기에서 제시한 수학적 정식화 모델과 구간컨버터의 계측된 2차측 전압 및 전류를 바탕으로 사고구간 분리장치의 제어알고리즘을 제시한다. 즉, 제안한 알고리즘은 디지털 저역통과 필터를 이용하여 노이즈를 제거하여 사고전류의 경사각 성분만 산정하고, 미분 제어방식을 적용하여 빠른 응답 특성을 가진다. 한편, PSCAD/EMTDC를 이용하여 AC전원부, 메인컨버터부, 구간컨버터부, 선로임피던스부, 사고구간 분리장치부, 수용가 부하, 사고발생 모의장치부로 구성된 LVDC 계통의 모델링을 수행한다. 여기서, AC 전원부의 승압부와 강압부는 각각 양방향 전력 흐름이 가능하고 적은 스위치로 제어가 용이한 2-level 토폴로지와 full-bridge 토폴로지를 채용하며, 제어기는 이중 루프 제어방식과 PI 제어기를 적용한다. 또한, 구간컨버터는 간단하고 해석이 용이한 강압형 토폴로지를 채용하며, 제어기는 메인컨버터와 동일하게 PI 제어기를 적용한다. 한편, 제시한 모델링을 바탕으로 H/W 장치부와 S/W 운용부로 구성된 LVDC 계통용 사고구간 분리장치를 구현한다. 여기서, H/W 장치부는 반도체 스위치와 게이트 드라이브, CLR(current limit resistor), 전압 및 전류센서로 이루어지며, 반도체 스위치 개수와 CLR의 용량은 LVDC 계통의 규모, 용량, 공급전압 등을 고려하여 산정한다. 또한, S/W 운용부는 제어보드와 A/D 변환, 스위치 제어, 보호기능 등으로 구성하며, 제어보드는 스위치 제어와 사고전류 경사각의 계측, 보호기능을 정확하게 수행하기 위하여 인터럽트의 우선동작 순위를 고려하여 구현한다. 한편, 사고구간 분리장치의 동작 특성을 분석하기 위하여, 메인컨버터와 구간컨버터, 선로임피던스, DC 수용가 부하로 구성된 LVDC 계통을 구현한다. 상기에서 제시한 모델링과 시험장치를 바탕으로 사고구간 분리장치의 동작 특성을 분석한 결과, 기존의 사고전류 크기만을 고려한 경우, 546 [μs] ~ 690.5 [μs] 이내에 사고전류를 제한시킬 수 있음을 알 수 있다. 또한, 제안한 사고전류 경사각을 이용하면 7.2 [μs] ~ 8.1 [μs] 이내에 사고전류를 제한시킬 수 있어, 기존의 알고리즘보다 신속하고 정확하게 동작함을 알 수 있다. 한편, 선로정수를 다양하게 고려하여 시뮬레이션 및 시험을 수행한 결과, 구간컨버터의 2차측에서 단락사고가 발생하는 경우, 1[Ω]+j5.36[mH]의 선로정수 조건에 따른 사고전류의 경사각은 각각 53.3 [A/ms], 50.4 [A/ms]로 산정되며, 사고구간 분리장치에 의해 사고전류가 동작 설정치 이하인 각각 14.4 [A], 14.1 [A]로 제한되는 것을 알 수 있다. 또한, 선로정수가 2[Ω]+j10.6[mH]로 증가한 경우, 사고전류 경사각은 각각 20.6 [A/ms], 23.2 [A/ms]로 감소하지만, 사고구간 분리장치는 사고의 발생 유무를 빠르게 감지할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 구간컨버터의 2차측 수용가 부하전류를 다양하게 고려하여 시뮬레이션 및 시험을 수행한 결과, 구간컨버터의 2차측에서 단락사고가 발생하는 경우, 0.5 [kW]의 수용가 부하 조건에 따른 사고전류의 경사각은 각각 70.8 [A/ms], 66.8 [A/ms]로 산정되며, 사고구간 분리장치에 의해 사고전류가 동작 설정치 이하인 각각 14.7 [A], 14.5 [A]로 제한되는 것을 알 수 있다. 구간컨버터의 2차측 수용가 부하가 8 [kW]로 증가한 경우, 사고전류 경사각은 각각 37.2 [A/ms], 38.3 [A/ms]로 감소하지만, 사고구간 분리장치는 사고의 발생 유무를 빠르게 감지할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 구간컨버터의 내부 임피던스를 다양하게 고려하여 시뮬레이션 및 시험을 수행한 결과, 구간컨버터의 2차측에서 단락사고가 발생하는 경우, 100[μH]의 구간컨버터 내부 임피던스에 따른 사고전류의 경사각은 각각 67.9 [A/ms], 60.6 [A/ms]로 산정되며, 사고구간 분리장치에 의해 사고전류가 동작 설정치 이하인 각각 24 [A], 14.5 [A]로 제한되는 것을 알 수 있다. 또한, 구간컨버터의 내부 임피던스가 500[μH]로 증가한 경우, 사고전류 경사각은 각각 15.8 [A/ms], 13.3 [A/ms]로 감소하지만, 사고구간 분리장치는 사고의 발생 유무를 빠르게 감지할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 본 논문에서 구현한 사고전류의 경사각 특성을 고려한 사고구간 분리장치는 신속하고 정확하게 사고의 발생 유무를 판별하고, 모든 파라미터메터 조건에서 빠른 응답으로 동작모드를 전환하여 5.7 [μs] ~ 11.7 [μs] 이내에 사고전류를 제한시킬 수 있어, 메인컨버터의 탈락을 방지할 수 있음을 알 수 있다. DC distribution systems have been partially commercialized due to reducing energy losses, improving the hosting capacity of renewable energy sources, however, the reaserches on the operation and protection coordination methods are being required. When a fault is occurred in DC distribution system, the fault current can be increased rapidly compared to AC distribution system, and main converter may be shut down before protection coordination to protect its internal components and then it may cause the wide area outage of customer load. Namely, because the magnitude of fault current has disadvantage for the protection coordination in DC distribution system, an operation method to rapidly isolate fault section by considering slope characteristics of fault current is required. Therefore, this paper proposes a control algorithm of fault isolation device(FID), which can detect fault and limit fault current in rapid and accurate way considering slope characteristics of fault current. Namely, the proposed algorithm has fast response characteristics by adopting differential control method using slope characteristics of fault current, which is considered by key parameters such as line constant, output voltage of section converter, customer load current and self impedance of section converter. And also, this paper performs modeling of DC distribution system which is consisted of AC source, main and section converters, line impedance, FID, customer load and fault device section. From the simulation results based on the proposed algorithm and modeling, it is confirmed that the FID can limit the fault current and then isolate fault section in rapid and accurate way.

지역 커버리지 초소형 위성군 궤도설계와 위성군 궤도 전개 연구

신진영 연세대학교 대학원 2021 국내석사

As part of the mission design procedure of the Surveillance and Reconnaissance Microsatellite Constellation Mission for the Korean Peninsula, this paper presents an analytical process of the LEO microsatellite constellation design for discontinuous regional coverage problem with minimum revisit time, and an in-plane orbit deployment strategy using differential atmosphere drag control (DADC). The objective of the mission is to configure a satellite constellation system with 20 or 30 microsatellites to rapidly revisit 10-major military areas near the Korean Peninsula, which makes the constellation design problem fall into a discontinuous regional coverage problem with minimum revisit time. In this study, we propose an optimal inclination search algorithm for single or multiple ground targets and suggest the common-ground-track (CGT) constellation with the optimal inclination as a solution for the problem. Furthermore, we present a preliminary result of the DADC single-plane constellation deployment strategy, where the satellites have equally spaced relative phase (argument of latitude) for regular observations after the deployment. The optimal inclination search algorithm utilizes a two-dimensional coverage map in (Ω, u) space to quantify the geographical observability of a given orbit, given payload’s field-of-view (FOV). The algorithm then calculates the optimal orbital inclination that maximizes the observability for single or multiple ground targets specified in the mission conditions. The study also compares and analyzes the average and maximum revisit performance of the CGT constellations and Walker-delta constellations under the three orbital inclination conditions: the optimal orbital inclination, the restricted orbital inclination by launching projectiles from the Korean Peninsula, and the inclination for sun-synchronous orbit condition. Numerical simulation for a ground target (Seoul) shows that the CGT constellation pattern has better performance in both average and maximum revisit time compared to all possible T/P/F configuration of Walker-delta constellation pattern when the inclination is not optimal. With optimal orbital inclination, on the other hand, the average revisit performance of the two constellation patterns appears to be the same. Also, the CGT pattern tends to have better maximum revisit performance than the Walker-delta pattern, where some specific Walker-delta constellation patterns show smaller maximum revisit time compared to the CGT constellation. In the study of the constellation orbit deployment, the Walker-delta constellation pattern is adopted for the practical mission planning, and it assumes that the satellites that are sharing the same orbital plane are launched together and to be evenly distributed. In this study, we calculate DADC attitude changing time for each satellite to satisfy the boundary conditions for given constellation configuration, then we perform a numerical simulation with perturbation environment. 이 논문은 한반도 감시정찰 초소형 위성군 임무 설계를 목적으로, 지역 커버리지 저궤도 위성군 설계와 차등 대기 항력을 이용한 궤도 전개 연구를 다룬다. 한반도 감시 정찰을 위한 초소형 위성군 궤도 설계는 20 기 혹은 30 기 저궤도 위성을 사용하여 서울을 포함한 한반도 인근의 주요 군사지역 10곳을 짧은 주기로 재방문 하는 것을 목적으로 한다. 이러한 임무 목적을 달성하기 위한 위성군 설계 문제는 불연속 지역 커버리지 설계 문제에 해당하며, 이 연구에서는 재방문주기를 최소화하는 불연속 지역 커버리지 문제에 대해 최적 궤도 경사각을 이용한 동일 지상 궤적 (common ground track; CGT) 위성군을 제시한다. 이 연구에서는 관심 지역에 대한 재방문 성능에 궤도 경사각이 결정적인 역할을 한다는 점에 주목하여, 지역 커버리지를 위한 최적 궤도 경사각 산출 알고리즘을 새롭게 제시한다. 최적 궤도 경사각 산출 알고리즘은 (Ω,u) 공간에서의 2차원 커버리지 맵을 활용하여 위성의 관측 탑재체 커버리지 범위를 반영한 관측 가능성을 궤도 경사각 별로 정량화 한다. 이 연구에서는 해당 알고리즘을 사용하여 임무 조건으로 주어진 단일 및 다수의 지표면 표적에 대해 관측 가능성을 최대로 하는 최적 궤도 경사각을 산출한다. 이 연구는 또한 CGT 위성군과 워커-델타 위성군의 평균 및 최대 재방문 성능을 세 가지 궤도 경사각 조건에서 비교 분석한다. 세 가지 궤도 경사각 조건은 각각 최적 궤도 경사각, 한국형 발사체를 고려한 궤도 경사각, 그리고 태양 동기 궤도 경사각으로, 설계 가능한 모든 워커-델타 T/P/F 조합의 성능과 CGT 위성군 성능을 비교한다. 그 결과로 CGT 위성군과 워커-델타 위성군의 재방문 성능 차이가 최적 경사각을 사용한 경우와 그렇지 않은 경우에서 서로 다른 양상을 보이는 것을 확인하였다. J2 섭동을 고려한 시뮬레이션 결과 최적 궤도 경사각을 사용하지 않을 경우 CGT 위성군이 워커-델타 위성군보다 평균 및 최대 재방문주기 모두에서 더 좋은 성능을 보이며, 최적 궤도 경사각을 사용할 경우에는 두 패턴이 비슷한 평균 재방문 주기 성능을 보인다. 또한 최적 궤도 경사각에서의 최대 재방문주기 성능은 대체로 CGT 위성군이 워커-델타 위성군보다 좋았으나, 특정한 워커-델타 패턴에서 CGT 위성군보다 좋은 성능을 보임을 확인하였다. 위성군 궤도 전개 연구는 한반도 감시정찰 초소형 위성군 임무를 위해 채택된 워커-델타 위성군을 분석 대상으로 선정하고, 동일 평면에 사출된 8 기의 위성을 균등하게 배치하기 위한 전략으로 차등 대기 항력을 이용한 궤도 제어를 사용한다. 이 연구에서는 위성의 8 기의 상대적인 위치를 기준 위성에 대한 상대적인 위도 인수 차로 정의하고, 최종 시각에서의 상대 위도 인수 차 및 상대 궤도 장반경 차를 경계조건로 설정한다. 차등 대기 항력 제어를 위한 위성의 자세를 일반 모드 (nominal mode)와 고 항력 모드 (high-drag mode) 두 가지로 분류하고, 최종 시각에서 경계조건을 만족하도록 하기 위해 각 위성의 자세 전환 시점을 산출한다. 시간에 따른 위성 간 위도 인수 차를 모델링 하여 특정한 궤도 전개 전략에 필요한 자세 전환 시점과 궤도 전개에 소요되는 총 시간을 도출한다. 계산된 자세 제어 시점을 활용하여 섭동 환경을 모사한 수치 시뮬레이션을 진행하고, 그 결과를 바탕으로 연구에서 제시한 궤도 전개 전략을 분석한다.

고속가공을 위한 정삭 볼 엔드밀 형상 최적화에 관한 연구

조철용 전북대학교 대학원 2009 국내박사

본 논문에서는 자유 곡면 가공에 주로 사용되는 볼 엔드밀의 반구면 절인 형상이 절삭 특성에 미치는 영향에 대해서 고찰 하였다. 반구면에서의 헬릭스 각과 경사각이 각기 다르게 제작된 공구를 제작하고, 실험을 통하여 절삭력, 표면거칠기, 진동 및 공구마모 특성을 비교 분석하였다. 또한 볼 엔드밀의 형상 및 절삭조건에 따른 인자들 간의 영향을 고려하여 최적 인자분석을 수행하였다. 헬릭스 각과 경사각에 따른 특성을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 헬릭스 각의 형태에 따른 절삭특성을 분석한 결과 절삭력, 표면거칠기, 공구마모 측면에서 헬릭스각 10°가 가장 양호하게 나타났다. 절인의 임의의 접촉점에서 순차절삭에 가까운 절삭이 이뤄지기 때문이다. 2. 경사각의 형태에 따른 절삭특성을 분석한 결과 반구면 절인의 경사각이 커질수록 절삭력, 표면거칠기는 양호하나 공구의 마모 측면에서는 오히려 경사각 0°의 경우가 가장 좋게 나타났다. 경사각이 커질수록 절인의 강성이 떨어지게 되어 반구면에서 주로 절삭이 이뤄지는 고속가공이나 정삭가공에 있어서 전체적인 표면품위를 고려할 때 경사각을 작게 할 필요가 있다. 3. 다구찌법을 적용하여 요인인자 분석 결과 절인의 헬릭스각 인자가 표면거칠기에 미치는 영향이 가장 크다. 볼 엔드밀 정삭가공에서 주로 반구면 절삭이 이뤄지는 점을 감안하면 기존 제품인 3수준(30° 헬릭스각)의 표면거칠기는 1수준(0° 헬릭스 각)과 2수준(10° 헬릭스 각)에 비해 현저히 차이가 나므로 적정 헬릭스 각을 적용한 공구 개발이 요구된다. 헬릭스 각과 절삭속도의 교호작용에 있어 유의성이 크므로 피삭재에 따른 최적절삭속도를 고려하여 헬릭스 각 선정을 할 필요가 있다. 4. 절인의 경사각 인자가 표면거칠기에 미치는 영향이 다른 절삭인자보다 크다. 이는 공구의 설계 시 최적인자를 선정함에 있어 우선적으로 고려되어야 함을 의미한다. 실험된 조건에서 날당이송과 절입 깊이의 변화는 표면조도에 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 5. 방향별 진동특성에 미치는 영향은 절삭속도 인자가 가장 크게 나타났다. 헬릭스 각 과 경사각의 영향 또한 유의한 것으로 나타났다. 날당이송 및 절입깊이 인자는 진동특성에 대해 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 6. 반구부의 절인형상을 변경하여 다양한 절삭특성을 분석한 결과, 일정 기울기를 갖는 공작물 정삭가공 시 임의의 접촉점에서 가공이 일어나더라도 순차절삭이 이뤄지도록 볼 엔드밀의 반구면 절인형상을 개선할 필요가 있다고 판단된다. 또한 다양한 조건에서의 최적 설계방안을 찾기 위해 다구찌법 적용이 유효할 것으로 판단된다. 7. 경사면 정삭가공시 볼 엔드밀의 반구부에서 절삭이 이뤄지므로 공구설계 측면에서 반구면의 헬릭스 각과 경사각의 변화를 통해 절삭성능을 향상시킬 수 있음을 확인하였고, 생산성 향상과 제품 품질 향상을 위한 최적 공구설계에 이용될 수 있을 것이다. Ball end milling has been widely used in cutting molds, dies, turbine blades, impellers and aircraft components with sculptured surfaces. A ball end mill is essentially composed of a cylindrical part and a hemispheric part formed on the cylindrical tool end. The cutting mechanism using a ball end mill is very complicated due to the complex tool geometry, especially of the hemispheric cutting edge. Therefore, the analysis of the geometrical cutting characteristics of the ball end mill is essential for machining process optimization. Cutting performance, machined surface quality and tool life are considered to develop new cutting tools. Tool material, cutting edge geometry and tool coating are important factors affecting cutting performance in the ball end mill. Major design parameters of cutting edge geometry are rake angle, helix angle, and clearance angle. In this dissertation, the cutting edge shape on the hemispheric part of ball end mill was changed and its effects on cutting characteristics were investigated. Special ball end mills with different helix and rake angles were made and used in various cutting experiments. Non-coated tungsten carbide ball end mills and STD11 work material were used. This study was consisted of cutting performance evaluation according to cutting characteristic experiments and analysis of factors affected to cutting characteristics by using Taguchi experimental design method. Taguchi experimental design method based on orthogonal array table was applied to analyze machining characteristics. Mean of surface roughness(R_(max)) and RMS of vibration are determined to the main characteristic values, and loss function is smaller-the-better characteristics. The experimental conditions were orthogonal array of L_(27)(3^(13)). The control parameters such as helix angle, rake angle, cutting speed, feed rate and depth of cut were used. The levels of the parameters were selected in consideration of the cutting characteristics. SN ratio of surface roughness and RMS of vibration amplitude were examined by analysis of variance(ANOVA). The result of experiments and analysis of variance show that cutting edge geometry such as helix angles and rake angles are closely related with surface roughness and tool wear in ball end milling. The characteristics of vibration were absolute in cutting speed and affected greatly at feed direction. As a result, the ball end mills with 10° helix angle and 0° rake angle show good cutting performance at the aspects of surface roughness, tool wear, and cutting force profile. This research may contribute to hemispheric cutting edge design of the ball end mill.

경사각을 고려한 촉각형 에코 페달 제어 로직 설계 및 해석

김지수 강원대학교 2016 국내석사

최근 고유가 시대로 인해 소비자로 하여금 자동차의 연비 향상에 대한 관심이 많아지고 있다. 연비가 좋지 않을 경우 자동차 시장에서 판매가 되지 않는 것이 근래의 추세이다. 때문에 자동차 연비 향상에 도움이 되는 제품들이 출시되고 있다. 제품들을 살펴보면 차량의 계기판에 eco로 표시되는 초록색 글씨 또는 실시간 연비와 연료소모량을 보여주는 인디게이터를 통해 운전자에게 시각적으로 정보를 제공하는 제품들이 대부분인데, 이러한 제품들은 차량에 직접적으로 장착되어 생산된다. 하지만 시각적인 제품들이 출시되는 반면에, 운전자가 몸으로 직접 인지할 수 있는 제품들은 출시되고 있지 않고 있다. 이러한 점을 착안하여 촉각형 에코 페달 장치를 설계하였다. 촉각형 에코 페달 장치에서 운전자가 느끼는 촉각 신호는 모터의 진동으로 하였다. 본 연구에서는 촉각형 에코 페달 장치에서 모터의 진동을 일으키기 위해 적용될 제어 로직을 LABVIEW 프로그램을 통해 설계하고, 이 제어 로직은 모든 지면에 적용시키기 위해 평지와 경사각을 포함시켰다. 운전자마다 진동에 선호도가 다르므로 모터의 주파수, 추의 질량, 진동 신호 지속 시간을 변경하여 최적화된 진동 신호를 선정하였으며, 최적화된 진동 신호를 적용하여 가상 주행 실험 장치와 실차 주행 실험에 사용하였다. 이 실험들을 통해 일반 주행과 경사각 미포함 로직, 경사각 포함 로직의 연료소모량을 비교하였으며, 경사각 포함 로직이 일반 주행과 경사각 미포함 로직보다 연료소모량이 낮음을 확인하였으며 이를 통해 경사각을 포함시킨 로직의 촉각형 에코 페달이 자동차 연비 향상에 도움이 됨을 검증하였다. For recent high oil prices era, for the consumer, it has been increasing interest in improving fuel efficiency of automobiles. It has not been sold in the automobile market when fuel is poor, a recent trend. So, products are many released to help improve fuel efficiency of automobiles. Looking at the products, the product directly to the vehicle to provide a visual information to the driver through the indicator indicating the character or real-time fuel consumption and fuel consumption of green displayed in the eco an instrument panel of a vehicle and loaded with car is produced. However, while visual products are often released products can driver to recognize directly the body is not released. It was designed haptic eco pedal device by focusing these points. In haptic eco pedal device, tactile signal the driver feel, was the vibration of the motor. In this study, a control logic that is applied to cause vibration of the motor in haptic eco pedal device is designed through LABVIEW, the control logic, in order to apply to all the floors, included a flat inclination angle It was. Since the different evaluated for vibration for each driver, the frequency of the motor, by changing weight of the mass, a vibration signal duration, and selects the optimized vibration signal, and applies the optimized vibration signal, we were used to the virtual driving test device and the actual running experiment. Through this experiment, the general running inclination angle no logic to compare the fuel consumption of the logic, including the tilt angle, and that the logic, including the tilt angle is less fuel consumption than the logic that does not include the normal driving and the tilt angle was confirmed, tactile eco pedal logic including an inclination angle through which it was verified that help improve fuel efficiency of an automobile.

확대경 경사각에 따른 목과 머리 자세와 경부근육의 근 활성도 비교

김하나 연세대학교 보건환경대학원 2010 국내석사

본 연구는 확대경을 통해 고정된 자세에서 오랫동안 작업을 수행하였을 때, 확대경 경사각에 따른 목과 머리 자세 및 경부근육의 근 활성도와 피로도가 어떻게 변하는지 알아보기 위해 실시하였다. 일반인 15명을 대상으로 3개의 경사각 조건에서 20분간 확대경을 통해 책을 읽는 과제를 실시하였으며 과제 수행 초기와 종료 시의 목과 머리의 굴곡 각도, 경부근육의 근 활성도와 피로도를 측정하였다. 목의 굴곡은 7번 경추와 이주(tragus)를 연결하는 지점과 수직축의 각을, 머리의 굴곡은 이주(tragus)와 이마(forehead)의 연결지점과 수직축의 각을 측정하였고 비디오 동작분석 시스템을 이용하였다. 경부근육의 근 활성도와 피로도는 표면 근전도를 이용하여 측정하였다. 근 활성도는 양측 상부 승모근과 양측 경부 척추기립근의 근 활성도를 측정하고 %RVC로 정량화 하였다. 근 활성도는 초기 2분과 마지막 2분의 과제 수행 초기와 종료시점을 비교하였으며 근육의 피로 정도를 알아보기 위하여 초기 2분과 마지막 2분의 중앙주파수(median frequency)를 분석하였다. 확대경의 경사각 30도, 45도, 60도에서 과제 수행 초기와 종료 시의 목과 머리자세의 차이, 근 활성도, 근 피로도에 차이가 있는지를 알아보기 위해 유의수준 α=0.05에서 개체 내 이 요인 분산분석(two-factor within subjects ANOVA)으로 분석하였으며 상용 통계프로그램인 윈도용 SPSS(Statistical Package for the Social Sciences)의 버전 12.0 프로그램을 사용하였다. 분석한 결과는 다음과 같다. 목과 머리 자세는 확대경 경사각에 따라 유의한 차이가 났고, 과제 수행 종료 시 유의하게 높았다(p<0.05). 경부근육의 활성도는 과제 수행 시 확대경 경사각에 따른 유의한 차이는 나타나지 않았지만 과제 수행 종료 시에 유의하게 높았다(p<0.05). 대체로 확대경 경사각 45도에서 근 활성도가 가장 낮았고 30도에서 근 활성도가 가장 높은 경향을 보였다. 경부근육의 피로도는 확대경 경사각에 따라 과제 수행 초기와 종료 시 중앙주파수를 비교했을 때 양측 상부 승모근에서만 경사각과 시간에 따른 유의한 차이가 나타났고(p<0.05), 양측 경부 척추기립근에서는 유의한 차이를 보이지 않았다. 앞으로 확대경을 이용한 작업 시 경부통증의 발생 예방을 위해서는 목과 머리자세를 똑바로 유지하여 목과 어깨의 부하를 줄일 수 있는 45도 정도의 확대경 경사각의 사용을 추천한다.