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무인기 제동장치 제어기는 기계공학, 항공공학, 군사 분야 등에서 널리 사용될 수 있는 제어기로서, 제동력이 과다할 경우는 바퀴의 미끄럼이 발생하게 되고, 이러한 미끄럼의 정도는 바퀴의 축에 장착된 휠 속도센서(wheel speed tranceducer)의 출력신호를 바탕으로 제동장치 제어기에서 판단하게 된다.

제동장치 제어기는 미끄럼의 정도에 따라 실시간으로 ABS(Anti-Brake System) 제어밸브에 제어 명령 신호를 전달하게 되므로 이러한 제동장치 제어기의 정밀도가 무인항공기의 안전운항에 미치는 영향은 매우 중요하다.

제동장치 제어기가 사용되는 주위환경의 온도는 약 (248 ∼323)이다. 제동장치 제어기에서 중요시 간주되는 문제 중의 하나는 제어기 내의 열 발생이 어느 한계수준(368) 이하로 유지되어야 정밀도와 신뢰성을 가질 수 있다. 따라서 제동장치 제어기 내부의 온도 및 유동 특성에 대한 연구가 필요하게 된다.

난류 유동에 관한 고찰로서 Jones 등[1]은 여러가지 복잡한 형상의 유동에 저 레이놀즈수 k - ϵ 난류 모델을 이용하여 계산한 수치해석과 실험결과가 잘 일치하고 있음을 연구하였다. 열 및 유동해석에 대한 단순한 연구는 Fusegi 등[2]과 Pallares 등[3]에 의해 이루어졌는데, 이들은 온도가 다른 단순한 수직면이나 수평면을 갖는 3차원 공동(cavity)내에서의 유동 형태와 특성을 수치 해석적으로 연구하였다.

이러한 연구들과 더불어, 제동장치제어기나 전자 및 전기장치의 온도 및 유동 해석에 대한 연구도 이루어져 왔다. Hong 등[4]은 터보펌프 인듀서(inducer)의 성능 및 유동 특성을 연구하였는데, 이들은 인듀서의 1차원 설계 모델과 3차원 유동해석을 통해 효율적인 인듀서의 설계 방안을 제시하였다.

Tsay와 Cheng[5]은 열 발생기 블록에 탑재된 다수의 보드(boards)를 갖는 채널에서의 2차원 대류 문제를 수치해석적으로 연구하였다. Byon 등[6]은 칩(chip)의 최고 온도에 미치는 칩의 두께의 효과에 대한 실험 및 수치해석 연구를 병행하였고, Sharma 등[7]은 수냉 마이크로 프로세서 칩의 최적 온도 작동에 관한 연구를 하였다.

Kim 등[8]은 몰드 변압기의 구조 영역별 온도분포 및 최고 온도(hot spot temperature)를 예측하고, 변압기의 3차원 열 유동해석을 상용 소프트웨어인 FLUENT를 이용하여 수행하였다.

그 후, Jun과 Kim[9], Jeong과 Kim[10], Choi와 Shin[11]은 다양한 대상 모델에 대해, 열해석 모델의 간략화 방법이나 새로운 수치 해석적 기법을 개발하여 연구하였다.

최근 Ryu 등[12]은 구동제어기의 열 유동 해석에 관한 수치 해석 연구를 하였다.

본 논문에서는 제동장치 제어기와 제어기 내부의 각종 칩들과 보드들을 3차원 모델링하고, 이 모델에 대한 온도 및 열 유동해석을 통해, 신뢰성있는 제동장치 제어기를 설계하는데 있다.

제동장치 제어기의 온도 및 열 유동해석을 통해 다음과 같은 결론을 얻었다.

제동장치 제어기 내부 온도 분포는 고온의 경우, 한계온도인 95^oC 이상의 온도는 모든 부품에서 발생되지 않았으며, 저온의 경우, 대부분의 칩(chip) 부품에서 -30^oC 안팎의 온도 분포를 보이고 있어 비교적 안전한 상태라고 보여진다. 또한, 드라이버 보드나 신호처리 보드에 부착되는 알루미늄 판을 더 크게 하여 열 방출 효과를 증대시키는 방안이 요구된다.