Magnetorheological (MR) 유체는 자기장 인가를 통하여 유체의 항복 응력을 제어할 수 있는 지능 재료로 최근 다양한 착륙 조건에 직면하는 항공기 착륙 시스템에 MR 유체를 활용하려는 움직임이 늘고 있다. 특히 항공기의 무게, 하강 속도와 같은 착륙 조건은 각 상황마다 변동폭이 매우 크기 때문에, MR 유체를 탑재한 랜딩기어가 이를 대응하기 위해서는 큰 제어력과 적절한 제어 로직이 요구된다. 제어력은 MR 유체에 자기장을 인가하는 자기코어에 의해 결정되며 자기 코어에 입력하는 전류를 제어함으로써 제어 로직이 구현된다.
이 논문에서는 극한의 작동 환경을 가지는 반 능동 착륙 시스템을 위한 자기코어와 제어로직의 설계 방안을 고찰하였다. 첫째로, 제어 가능력을 극대화하기 위한 자기코어의 수학적 모델이 제안되었다. 기존 반 능동형 장치에 탑재되는 자기 코어의 경우 필요 제어 가능력이 작기 때문에 자기코어를 선형화 하여 모델링 하여도 실제 결과와 거의 유사하다. 하지만 항공기 착륙 시스템을 위한 자기코어의 경우 필요 제어 가능력이 크기 때문에 자기코어를 선형화 하여 모델링 할 경우 실제 결과와 큰 차이가 난다. 이를 보완하기 위하여 자기특성의 비선형성과 프린지 현상을 고려한 비선형 자기 코어 모델을 새롭게 제안하고, FEM 자기장 해석을 사용하여 결과를 비교하였다. 최종적으로 비선형 자기 코어 모델을 사용하여 제어가능한 힘을 최대화하는 파라미터를 결정하였다.
둘째로, 설계된 자기코어를 적용한 반 능동 착륙 시스템을 제어하기 위한 제어로직을 제안하였다. 기존 항공기 착륙 시스템은 수동형으로 착륙 조건이 달라짐에 다라 스트럿 힘을 변화시키지 못하여 너무 높거나 낮은 싱크 속도에서 높은 착륙 효율을 보장하지 못했다. 이를 보완하기 위하여 항공기 착륙 조건과 기계적 에너지 보존법칙을 기반으로 최대 스트로크를 예측하여 최적의 스트럿 힘을 계산하고 MR 유체의 자기 유변 특성을 이용하여 최적의 스트럿 힘을 유지시키는 제어 로직을 적용하였다. 제안된 제어 로직의 성능 검증을 위하여 다양한 착륙 조건 하에서의 수치적 낙하 시뮬레이션이 수행되었으며, 기존 수동형 착륙 시스템, 스카이 훅 제어기, 그리고 제안된 제어 로직의 결과를 비교하였다.
이 연구를 통해 개발되는 반 능동 항공기 착륙 시스템은 안전 싱크 속도의 범위를 넓히고, 가용 항공기 무게를 증가시켜 항공기의 착륙 안정성을 증가시킬 뿐만 아니라 탑승 안락성 또한 향상시킬 것으로 기대된다.