드론 테스트 스탠드 기술을 판매하기 시작한 지난 6년 동안, 저희는 시행착오를 통해 많은 교훈을 얻었습니다. 그중 하나는 추력과 토크를 측정하는 (특허 출원 중인) 솔리드 스테이트 로드셀 시스템 기술을 개발하는 계기가 되었습니다.
저희 제품에 익숙하시다면, 테스트 스탠드에서 추력과 토크를 전압 및 전류와 함께 측정하여 시스템의 전력과 효율을 산출한다는 점을 알고 계실 것입니다.
이러한 도구에 가장 적합하면서도 제작 비용이 저렴한 방식은 베어링이나 부싱을 사용하는 시스템일 것입니다. (저희도 잘 알고 있습니다. 원래 Series 1585 설계에 이 방식을 사용했기 때문입니다.)
그림 1: 초기 Series 1580 추력 테스트 스탠드
하지만 저희가 배운 점은 베어링과 부싱을 사용할 때 다음과 같은 여러 단점이 있다는 것입니다.
- 베어링과 부싱은 마찰을 발생시킵니다. 무작위 마찰 오차는 측정값에 상당한 불확실성을 초래합니다(측정된 힘의 2~20%에 달할 수 있습니다). 설계가 견고해 보이더라도 시스템에는 미세한 변형과 움직임이 발생합니다.
- 이로 인해 힘 측정에 히스테리시스가 발생합니다. 즉, 측정된 힘이 이전에 가해진 힘에 따라 달라집니다. 마찰의 무작위 특성 때문에 이 오차를 보정할 수 없습니다.
- 베어링이나 부싱의 또 다른 문제는 정렬 불량에 매우 민감하다는 것입니다. 작은 충격이나 먼지, 이물질로도 잘못된 측정값이 나올 수 있습니다. 오차에 영향을 미치는 무작위 요소(마찰, 먼지 등) 때문에 오차가 일정하지 않으므로 일관되게 보정할 수 없습니다.
초기 도구뿐만 아니라, 많은 취미용 추력 테스트 스탠드와 자작 설계 제품에서도 베어링을 사용하며 동일한 문제를 겪는다는 사실을 발견했습니다. 문제의 원인을 파악한 후, 저희는 2018년에 일반 힌지를 반강성 힌지로 대체한 Series 1585 업그레이드 버전을 출시했습니다. 이를 통해 측정 오차율을 1% 미만으로 줄일 수 있었습니다.
그림 2: 최신 Series 1585 테스트 스탠드
솔리드 스테이트 시스템을 사용하는 데는 다음과 같은 단점이 있습니다.
- 전체 하중이 힘 측정 장치에 직접 가해지므로 더 많은 분석이 필요합니다. 측면 하중과 예상되는 토크 및 추력 범위를 고려하여 설계하지 않으면 장치가 더 취약해집니다.
- 로드셀에 열팽창 효과가 미치는 영향을 배제하도록 신중하게 설계해야 합니다.
- 조립, 내부 힘 최소화 및 제조와 관련된 또 다른 여러 어려움이 있습니다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 유일한 방법은 시뮬레이션과 수많은 실험 테스트였습니다. 저희가 수행한 테스트에는 수백 개의 지점을 이용한 교정 및 검증, 내구성 테스트, 수백 시간에 걸친 모터 테스트가 포함되었습니다.
종합적으로 볼 때, 저희의 경험에 비추어 볼 때 추력 및 토크 측정 도구에는 회전축이나 베어링이 없는 솔리드 스테이트 설계를 사용할 것을 강력히 권장합니다. 전문적인 환경에서 잘못된 데이터로 인해 수개월간의 테스트를 잃는 것은 엄청난 비용을 초래할 수 있습니다. 테스트를 다시 수행해야 하며 제품 출시가 지연될 수 있습니다. 또한 잘못된 데이터가 생산에 사용될 경우 리콜 위험도 있습니다.
설계가 더 단순함에도 불구하고, 앞서 언급한 문제들 때문에 저희는 추력 테스트 스탠드 설계에서 전통적인 회전축과 베어링을 완전히 배제했습니다.
더 자세히 알고 싶으시면 저희에게 문의하시거나 솔리드 스테이트 시스템과 베어링을 사용하는 시스템 간의 측정된 차이에 대한 저희 보고서를 확인해 보십시오 (여기에서 보고서 보기):