VA ONE
Software to Simulate Space Structural Dynamics
ESI의 진동 음향 소프트웨어 VA One은 NASA, European Space Agency 및 Boeing, Raytheon, Northrop Grumman을 비롯한 수많은 대표 우주 업체들이 위탁한, 우주 구조 검증의 사실상의 표준입니다.
전 세계 우주 공학 부서에서는 우주 구조물이 발사, 이륙, 상승, 분리 및 재진입 단계를 견딜 수 있는지 확인하는 물리적 테스트를 보완하는 용도로 이 소프트웨어를 사용합니다. 또한 우주 엔지니어는 작업자의 편안함과 안전 관련 목표를 달성하기 위해서도 VA One을 사용합니다.
VA One은 저/고주파수 문제를 시뮬레이션하는 올인원 솔루션으로, 유한 요소 모델링(FEM), 경계 요소 모델링(BEM) 및 통계적 에너지 분석(SEA)을 위한 기능을 제공합니다. 레이 트레이싱 및 DFAT® 모듈을 포함한 특정 모듈은 인증 목표를 달성하는 데 도움이 됩니다.
VA One은 직관적이고 쉽게 사용할 수 있습니다. 코드를 처음 사용했을 때부터 상세한 결합형 경계 요소 분석을 완료할 수 있었습니다."
Jeffrey LarkoAerospace Engineer Structural Dynamics, NASA GLENN Research Center
Space hardware의 구조적 무결성을 테스트하고 음향 인증을 달성하기 유니크 소프트웨어
VA One을 사용하면 엔지니어링팀은 전체 스펙트럼에서 진동 음향 분석과 설계를 모델링할 수 있습니다. 다음은 VA One이 최상의 답변을 제공하는 대표적인 응용 분야입니다.
음향에 민감한 구조물의 강도 평가
발사, 비행 및 배치 중에 발생하는 환경 부하 때문에 우주 구조물이 쉽게 손상될 수 있습니다. 그리고 복합재나 허니콤 패널 같은 새로운 경량 소재가 도입되면서 이러한 위험이 더욱 커졌습니다.
우주 엔지니어에게는 기회가 한 번뿐이므로, 우주 하드웨어의 구조적 무결성에 대한 확신을 얻고 음향 인증을 얻으려면 엄격한 평가가 필수적입니다.
우주 엔지니어는 VA One을 믿고 다음을 수행합니다.
- 발사 중 임무 위협 평가 및 구조적 무결성 보호
- 페이로드가 견뎌야 하는 음압 수준(SPL)을 결정(SEA/하이브리드/FE)
- 배치 중에 발생하는 음향 여기 때문에 쉽게 손상될 수 있는 경량 구조물의 동적 응력 및 힘 검증
- 전체 주파수 스펙트럼에서 발사, 비행 및 배치 중에 발생하는 환경 부하에 대한 하드웨어 응답을 테스트
- 비행 전 비교를 수립하여 최적 구조 구성 평가
Use Ray Tracing을 사용한 페어링 음향 부하 시뮬레이션 및 운영자 안전을 위한 발사 환경 모델링
VA One의 레이 트레이싱 모듈은 VA One의 기존 FEM, BEM 및 SEA 기능을 보완하여, 우주 엔지니어가 다음을 수행할 수 있게 합니다.
- 전체 주파수 분석 실행
- 많은 계산 오버헤드를 유발하지 않고도 더 높은 주파수에서 대규모 모델 분석
- 발사대 주변 소음을 쉽게 예측
확산 음향 필드 시뮬레이션: 중요한 구성 요소가 Reverberant rooms으로 들어가기 전에 진동 수준 평가
잔향실에서 우주선 하드웨어를 테스트하는 것은 우주 산업의 표준입니다. 그러나 이 절차는 여전히 비용이 많이 들고, 테스트 시설의 가용성에 따라 달라지며, 운송이 필요하기 때문에 테스트 표본이 손상될 수 있습니다. 또한 일부 테스트는 엔지니어에게 필요한 정보를 전달하지 못하기도 합니다. 따라서 VA One을 이용해 물리적 테스트를 준비하는 것은 테스트 예산을 효율적으로 관리하고 제품 검증 속도를 높이는 모범 사례입니다.
우주 엔지니어는 VA One을 사용하여 다음을 수행합니다.
- 중요 구성 요소에 영향을 미치는 다양한 모달 응력, 변형 및 힘을 시뮬레이션
- 설계의 목표 충족 보장
- 하중 최적화
- 대체 소음 제어 전략 비교
- 섬세한 구성 요소의 구조적 무결성 평가
- 테스트 전 설계 사전 검증
- 테스트 비용 절감
- 테스트를 위해 민감한 하드웨어를 멀리 떨어진 시설로 옮기지 않음
Courtesy of EADS
성공을 위한 셋업: DFAT® 테스트를 위한 준비
우주 구조물의 음향 테스트에는 비용이 많이 들고 가용성 문제가 있는 특수 음향 잔향실을 사용해야 하며, 섬세한 기기를 테스트 시설로 운반해야 합니다. 유연하고 강력한 휴대용 스피커 세트를 사용하는 새로운 Direct Field Acoustic Testing® 기법을 이용하면 현장에서 구조적 검증 테스트를 수행할 수 있습니다.
우주 엔지니어는 VA One을 사용하여 DFAT® 테스트를 준비하고 다음을 수행합니다.
- 표본 주변의 균일한 확산 음장 에뮬레이션
- 다양한 스피커 구성 테스트
- 사전 테스트 구조 검증 제공
이륙 중 발생하는 공기-진동음향 효과(AVA) 시뮬레이션
우주 구조물은 대기를 통과할 때 강한 압력을 받습니다. 이때도 우주선과 우주선 구성 요소가 손상될 수 있습니다. 우주 엔지니어는 VA One을 전산 유체 역학(CFD) 코드와 결합하여 이러한 현상을 시뮬레이션하여 다음을 수행할 수 있습니다.
- FE 구조 하위 시스템, BEM 유체에 표면 압력 여기를 적용하거나, 표면 압력의 난류 경계층(TBL) 매개변수를 맞춰 변동 표면 압력(FSP)을 시뮬레이션
- 파수-주파수 스펙트럼(WFS) 특성화
- GSP(일반 표면 압력) 적용
고주파 충격 예측 및 구성 요소의 무결성 확보
- 로켓이나 우주 하드웨어의 분리 단계에서 발생하는 고주파 충격은 전자 부품 파손, 용접부 균열, 커넥터 단락/이탈, 부품 고정 볼트 파손을 유발합니다.
- 손상은 미묘할 수 있고, 반복적으로 나타나지 않기도 하며, 일회성 테스트에서 항상 나타나지는 않으므로 가상 모달 합성 및 시뮬레이션(VMSS)을 반드시 실시해야 합니다.
- VA One의 SEA 기능을 충격 모듈 및 ESI 또는 타사 충격 역학 코드와 함께 사용하면 우주 엔지니어는 정밀한 충격 예측, 상호 연결된 플레이트 테스트, 미사일 요격 및 기타 여러 작업을 수행할 수 있습니다.
VA One Shock Analysis 도구 덕분에 Boeing과 NASA는 궤도 내 조립 중 의도치 않은 충격으로 인해 발생할 수 있는 우주정거장 전자 박스의 잠재적 손상을 평가할 수 있었습니다. VA One Shock Module은 현재 조립 작업이 중요 우주정거장 하드웨어에 영향을 미치지 않게 하고, 많은 비용이 드는 운영 및 하드웨어 변경을 방지합니다."
Ed O’KeefeAssociate Technical Fellow in Noise and Vibration - Boeing
