주퇴복좌시스템에 관한 연구

Abstract

이 논문은 전형적인 concentric-hydro-spring형 주퇴복좌시스템 설계에 필요한 기본자료를 얻는 이론 및 실험적 연구를 내용으로 한다. 실제 시스템에 근사한 해석적모형을 세우고 이에 대한 유체역학적 동력학적 이론을 전개하였으며 2차에 걸친 야외실험을 실시함으로써 얻은 실측치로부터 전개된 이론의 타당성을 확인하였다. 이론해석을 위하여 주퇴복좌시스템 내부의 각 영역에 설정된 control volume 내의 유체유동에 대하여 운동량법칙을 적용하고, 특히 고압이 발생하는 상류영역에 대하여는 압축성효과를 고려함으로써 주퇴부의 운동방정식을 유도하였다. 이때 운동방정식은 주퇴부의 위치에 따라 변하는 control section 때문에 특정거리 $(\ell_1)$ 전후에 따라 달라지는 2개의 운동방정식으로 분리되어진다. 결과적인 운동방정식은 주퇴부의 변위 x(t)에 대하여 비선형 미분방정식으로 나타나며, 또한 input data 인 주퇴부 작용력 F(t) 및 유압 $P_1(t)$도 시간(t)의 해석적인 함수가 아니다. 따라서 운동방정식의 해는 computer 에 의해서 수치적으로 구하였다. 야외실험에서는 특수고속카메라를 사용하여 주퇴부의 변위 x(t)를 찰영하였으며 pressure transducer 장치를 통하여 주퇴시린더내의 유압 $P_1(t)$를 측정하였다. 실험에서 측정한 유압 $P_1(t)$는 이론계산의 input data 로 사용되었고, 계산된 주퇴부의 변위x(t)는 실험측정치 x(t)와 비교되었으며 최대 주퇴거리계산치는 $\pm 5 \%$ 이내의 정확도를 보였다. 주 orifice 의 면적, 즉 외부시린더의 내경경사도 $AO_1(t)$의 이론계산치는 실험에서 사용한 주퇴복좌시스템의 실측치와 비교한 결과 초반과 후반 일부를 제외하고는 전반적으로 좋은 결과를 나타내었고 특히 Round $\#348$ 에 대한 이론계산치는 실측치와 매우 잘 일치하였다. 이론전개에서 일정하게 가정한 배압 $P_3$ 대신, 실제와 근사한 특성을 갖는 $P_3$ 를 input data 로써 사용하면 보다 정확한 계산결과를 얻을수 있음을 지적하였다.