선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 먼저 힌지없는 허브 부품의 개발 과정시 요구되는 설계 과정 절차 및 구조 동역학 해석, 구조 해석 등에 대하여 기술하였다. 다음으로 패들형 축소 블레이드의 외형 형상 정의, 블레이드 단면 구조 설계 및 해석에 대하여 기술하고자 한다. 복합재료 허브 부품 및 블레이드 구조 설계는 고전 적층판 이론을 이용한해석적 방법과 본 연구원이 개발한 CORDAS (Composite Rotor Design and Analysis Software)[6]을 이용하여 수행되었으며 구조해석은 NASTRAN[기을 이용하여 수행하였다.
- 본 논문은 축소 복합재료 힌지없는 허브 부품설계 및 패들형 복합재료 축소 블레이드 개발과정을 기술하고자 한다. 먼저 힌지없는 허브 부품의 개발 과정시 요구되는 설계 과정 절차 및 구조 동역학 해석, 구조 해석 등에 대하여 기술하였다.
- 대표적인 허브 시스템으로 관절형 허브, 티터링 허브, 힌지없는 허브 및 베어링 없는 허브 등으로 분류된다. 본 연구에서는 복합재료의 발달 및 응용 분야 확대로 조종력 및 기동성이 향상되며 실용화가 많이 되어있는 힌지 없는 허브 시스템에 대한 기술을 확보하며 구조동역학. 특성을 분석하여 구조적 안정성을 증대하는데 중점 되어 있다.
- 자세힌- 구조동역학 계산을 수행호"기위해 비교적 기존 플렉셔와 물성치가 비슷한 Flexure_3b와 Flexure_5b 2개를 선택하였다. 이 2 가지 경우에 대한 구조동역학 특성을 살펴보았다. 사용한 해석 도구는 ART사에서 개발한 상용 통합해석코드인 FLIGHTLAB 이며 고유진동수뿐만 아니라 하중값들도 계산된다.
가설 설정
- 끝단 부분의 중앙 축은 Z방향 하중 축과 대략 10.94도 기울어져있으며, 이는 정확한 모멘트를 가하는 것을 어렵게 하므로, 본 모델에서는 이 각도를 작다고 가정하여 하중 적용에서는 무시하였다. 위에서 나온 하중 및 경계 조건 값을 적용하여 NASTRAN을 이용한 전산 구조해석을 수행하였다.
제안 방법
- 패들형 축소 복합재료 블레이드의 .구조 설계 도구로 본 연구원 보유의 CORDAS(COmpsite Rotor Design Analysis Software)를 사용하였다 [6], 기본적인 설계 접근 방법은 기존의 실물 크기 Lynx 헬리콥터의 패들형 복합재료 블레이드 (일명 BERP 블레이드)의 구조동역학적 특성을 모사할 수 있도록 설계하였으며 축소화 기준값으로는 1/6 프루드 축적 값을 참고로 하여"설계하였다. 표 11에 : 프루드 축소화에 요구되는 주요 파라미터가 제시되었다.
- 1차적으로 단순화된 복합재료 허브 부품에 대한 구조 해석을 수행했으며 구조 해석 결과를 이용하여 2가지 정도 적층(안)을 선정하여 구조 동역학 특성 해석에 사용하였다. 1차적으로 설계된 복합재료 허브 부품의 플렉셔 부분과 피치 하우싱 부분에 대한 강성치 계산 결과가 표 3에 제시되어 있으며 계산에 적용된 이론은 고전 적층 판 이론(Classical Laminate Plate Theory, CLPT)을사용하여 구하였다.
- 6가지 후보에 대한 NASTRAN을 이용하여 전산 구조해석을 수행하였으며 이때 가해준 하중 조건은 기존 금속재 힌지없는 허브 설계시 적용되었던 6분력 하중 조건을 그대로 사용하였으며 표 4에 제시되어 있다.
- 우선적으로 고려한 부분은 기존에 운용중인 타이-바 어셈블리와 피치 베어링 어셈블리에서 복잡한 형상을 구현하기 어려운 타이-바 어셈블리와 피치 베어링이 직접 체결되면서 접촉되는 부분은 알루미늄 7075로 대체하였으며 바깥으로 복합재료로 허브 부품을 설계하였다. Fiber Placement System (이하 FPS) 장비를 이용하여 제작하는데 적층에 필요한 곡률 조건을 만족시키기 위해 외형 형상을 최대한 완만하게 설계하였다. 또한 FPS 장비를 이용하여 복합재료 허브 부품을 성형할 금형을 설계하였으며 금형 설계시 앞에서 언급한 내용을 고려하였다.
- 계산된 변형도는 식 (1)과 같이 간단한 오일러 빔 공식을 적용하였으며 하중이 가장 많이 작용하는 반경 안쪽(Inboard) root부에 대한 변형도를 계산하였다. 계산된 변형도 최대 변형도는 단면 중심의 스파 바깥쪽 외피에서 발생하였으며 그 크기는 2000 応 정도 값이 나왔다.
- 는 설계될 복합재료 허브 부품이 적용될 기존 허브 시스템의 형상을 나타내주고 있다. 기존 금속재 허브의 플렉셔 부품 및 피치 하우싱 부품에 대한 형상 및 물성치를 기초로 하여 초기 형상을 예측하였다. 복합재료 허브 부품 설계 시 적용될 원자재는 일방향 탄소섬유 (UD Carbon)와 일방향 유리섬유(UD Glass)를 조합하여 적용할 예정.
- 패들형 블레이드 설계는 기존 익형 및 형상은 '그대로 사용하였으며 공력 탄성 학적 안정성 해석 및 시험을 위해 프루드 축소로 이루어졌다. 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 축소화하였으며 축소 값을 기준으로 삼아 시험용 블레이드를 설계하였다. 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 '및 단면구조 설계 기법을 습득하였다.
- 위의 형상을 메쉬 (mesh)작업을 위해 두 개의 대칭부분으로 나누었으며, .대칭기준면의 상부 한쪽 면을 2차원요소로 메쉬하였고, 이를 축 방향으로 180도 만큼 스윕(sweep)시켜 8절점 헥사 (hexa) 솔리드 요소로 이루어진 절반의. 슬리브 부분을 생성하였다.
- Fiber Placement System (이하 FPS) 장비를 이용하여 제작하는데 적층에 필요한 곡률 조건을 만족시키기 위해 외형 형상을 최대한 완만하게 설계하였다. 또한 FPS 장비를 이용하여 복합재료 허브 부품을 성형할 금형을 설계하였으며 금형 설계시 앞에서 언급한 내용을 고려하였다. 먼저 금형 설계시 작업성이 편리하도록 금형 양쪽에 약 60mm 정도의 여유를 주었으며 복합재료 허브 부품이 제작 완료된 후에 드릴링 작업을 용이하도록 고정 베이스를 몰드에 장착하였다.
- 또한 구조적 안전성을 판단하기 위해 설계 하중 조건에서 회전익 단면에 FLIGHTLAB에서 계산된 하중값을 가해 변형도를 계산하였다. 계산된 변형도는 식 (1)과 같이 간단한 오일러 빔 공식을 적용하였으며 하중이 가장 많이 작용하는 반경 안쪽(Inboard) root부에 대한 변형도를 계산하였다.
- 변위, 변형도 및 응력값들의 최대 값을 구하였으며 그 결과를 표 8에 정리하였다. 또한 안전계수 평가를 위해 최대 변형도가 생기는 복합재료 적층 위치를 구하였다. 그 결과는 표 9에제시되었다.
- 기술하고자 한다. 먼저 힌지없는 허브 부품의 개발 과정시 요구되는 설계 과정 절차 및 구조 동역학 해석, 구조 해석 등에 대하여 기술하였다. 다음으로 패들형 축소 블레이드의 외형 형상 정의, 블레이드 단면 구조 설계 및 해석에 대하여 기술하고자 한다.
- 복합재료 허브 부품내 각 부분에 대해 표 2와 6의 재료 및 적충 순서를 이용해 등가 물성치를 구하여 유한요소 모델에 적용하였다. 복합재료 허브 부품 각 부분에 대한 등가 물성치를 표 7에 제시하였다.
- 설계할 예정이다. 복합재료 허브 부품에 사용될 원자재에 대한 물성치를 이용하여 복합재료 허브 부품에 대한 적층 순서 (stacking sequence) 를 정하였으며 각 적층된 순서에 대한 물성치를 계산하고 유한요소 해석을 통해 구조해석을 수행하여 응력 및 변형도 값을 구하여 구조 안정성을 판단한다. 설계된 복합재료 허브 부품에 대한 물성치 결과를 이용하여 기존 허브 및 블레이드 자료를 이용하여 전체 로터 시스템에 대한 구조/ 동역학 해석을 수행하게 된다.
- 7을 이용하여 해석을 수행하였다. 복합재료 허브 부품의 플렉셔 부위의 단순화된 형상 및 경겨]/하중 조건은 그림 5와 같으며 허브와 체결되는 플렉셔 안쪽 끝단은 전체「자유도에 대해 구속하였으며, 바깥쪽 끝단에 정지 비행시 블레이드로부터 전달되는 6분력 하중을 적용하였다.
- 복합재료 허브 부품인 플렉셔 설계시 고전적층판 이론(CLPT)을 이용하여 단면물리량 예측을 수행하였으며 그 결과를 이용하여 상세설계과정을 수행하였다. 패들형 블레이드 설계는 기존 익형 및 형상은 '그대로 사용하였으며 공력 탄성 학적 안정성 해석 및 시험을 위해 프루드 축소로 이루어졌다.
- 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을. 복합재료를사용하여 설계한 후 FLIGHTLAB을 이용하여 동역학적 특성을 분석하였으며 구조적 안전성을 판단하기 위해 설계하중값에 대하여 NASTRAN을 이용하여 구조 해석을 수행하였다.
- 본 연구원이 보유한 CORDAS를 이용하여 패들형 블레이드 단면 설계를 수행하였으며 설계된 대표적인 root 부와 끝단 부 단면 형상이 그림 20에 제시되었다.
- 소재는 국산 소재를 사용하였으며 순수 국산 기술을 통해 설계하였다. 설계된 복합재료 플렉셔를 장착한 힌지없는 허브에 패들형 블레이드를 연결하여 전체 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다. 그 결과 기존 로터 시스템과 유사한 특성을 나타냈으며 안정성도 조금 향상된 것을 알 수 있었다.
- 복합재료 허브 부품에 사용될 원자재에 대한 물성치를 이용하여 복합재료 허브 부품에 대한 적층 순서 (stacking sequence) 를 정하였으며 각 적층된 순서에 대한 물성치를 계산하고 유한요소 해석을 통해 구조해석을 수행하여 응력 및 변형도 값을 구하여 구조 안정성을 판단한다. 설계된 복합재료 허브 부품에 대한 물성치 결과를 이용하여 기존 허브 및 블레이드 자료를 이용하여 전체 로터 시스템에 대한 구조/ 동역학 해석을 수행하게 된다. 구조/동역학 해석을 수행하여 설계요구조건에 만족한 결과가 나오면 다음 설계 단계로 진행되며 만족스럽지 못할 경우 복합재료 허브 부품 설계를 수정하여 다시설계 과정을 반복하게 된다.
- 블레이드는 공력성능, 소음, 진동 및 안정성 특성을 결정짓는 중요한 역할을 감당한다. 실물크기 블레이드를 개발하는 과정에서 요구되는 공력 성능 및 공력탄성학적 안정성을 확보하기 위해 여러 축소 블레이드를 제작하여 축소 로터 시험을 수행하게 된다. 축소 로터 시험을 통해 로터 시스템 개발에 소요되는 비용과 시간을 줄일 뿐만 아니라 설계입증자료로 활용할 수 있기 때문에 로터 시스템 개발시 필수적인 항목이다.
- 앞에서 설계/해석된 복합재료 허브 부품과 패들형 블레이드가 연결된 로터 시스템에 대한 구조 동역학 특성을 분석하였다. 사용된 해석 도구는 미국 Advanced Rotorcraft Technology(ART) 에서 개발한 FLIGHTLAB을 사용하였으며 블레이드 탄성 변형을 고려하기 위해 탄성체 블레이드로 모델링하였다.
- 고려하여 수행하였다. 우선적으로 고려한 부분은 기존에 운용중인 타이-바 어셈블리와 피치 베어링 어셈블리에서 복잡한 형상을 구현하기 어려운 타이-바 어셈블리와 피치 베어링이 직접 체결되면서 접촉되는 부분은 알루미늄 7075로 대체하였으며 바깥으로 복합재료로 허브 부품을 설계하였다. Fiber Placement System (이하 FPS) 장비를 이용하여 제작하는데 적층에 필요한 곡률 조건을 만족시키기 위해 외형 형상을 최대한 완만하게 설계하였다.
- 94도 기울어져있으며, 이는 정확한 모멘트를 가하는 것을 어렵게 하므로, 본 모델에서는 이 각도를 작다고 가정하여 하중 적용에서는 무시하였다. 위에서 나온 하중 및 경계 조건 값을 적용하여 NASTRAN을 이용한 전산 구조해석을 수행하였다. 최대 응력 위치는 플렉셔 안쪽 슬리브와 연결되는 부분으로 나왔다.
- 형상 파일을 PATRAN에서읽어 들인 복합재 허브 부품에 대한 솔리드 형상이다. 위의 형상을 메쉬 (mesh)작업을 위해 두 개의 대칭부분으로 나누었으며, .대칭기준면의 상부 한쪽 면을 2차원요소로 메쉬하였고, 이를 축 방향으로 180도 만큼 스윕(sweep)시켜 8절점 헥사 (hexa) 솔리드 요소로 이루어진 절반의.
- 사용된 해석 도구는 미국 Advanced Rotorcraft Technology(ART) 에서 개발한 FLIGHTLAB을 사용하였으며 블레이드 탄성 변형을 고려하기 위해 탄성체 블레이드로 모델링하였다. 유한요소 해석을 통해 로터 시스템의 동적 거동을 계산하며 로터 회전수에 따른 블레이드 고유 '진동수 및 고유 모드를 계산하게 된다. 이 결과로부터 로터 시스템에 대한 1 차적인 진동 특성을 파악하며 여러 비행 조건(제자리 비행, 전진비행)에 대한 하중값을 계산하게 된다.
- 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 축소화하였으며 축소 값을 기준으로 삼아 시험용 블레이드를 설계하였다. 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 '및 단면구조 설계 기법을 습득하였다. 소재는 국산 소재를 사용하였으며 순수 국산 기술을 통해 설계하였다.
- 전산구조 해석 결과를 각 비행조건에 대하여구하였다. 변위, 변형도 및 응력값들의 최대 값을 구하였으며 그 결과를 표 8에 정리하였다.
- 전체 복합재료 허브 부품에 사용된 유한요소는 2차원 쉘 요소(2D Shell Element)를 사용하였으며, PCOMP 명령어를 이용하여 부위별로 UD 복합재료의 물성치와 적층 각을 부여하였다. 복합재료 허브 부품에.
- 초기 크기 형상 자료를 기본으로 복합재료 허브 부품에 대한 1차 설계를 수행하였으며 정확한 구조 강도 예측을 위해 구조를 단순화하여 해석하였다. 단순화된 복합재료 허브 부품에 대한 형상 및 단면 적층 구조가 그림 4에 제시되어 있으며 각 단면 A-A 및 B-B 에 대한 상세한 복합재료 적층 구조는 표 2에 제시되어 있음.
- 축소 복합재료 허브 부품에 대한 1차 설계 결과를 토대로 2차 상세 설계를 착수했으며 2차 설계는 기존 금속재와 체결성 및 제작성 등을 중점적으로 고려하여 수행하였다. 우선적으로 고려한 부분은 기존에 운용중인 타이-바 어셈블리와 피치 베어링 어셈블리에서 복잡한 형상을 구현하기 어려운 타이-바 어셈블리와 피치 베어링이 직접 체결되면서 접촉되는 부분은 알루미늄 7075로 대체하였으며 바깥으로 복합재료로 허브 부품을 설계하였다.
- 수행하였다. 패들형 블레이드 설계는 기존 익형 및 형상은 '그대로 사용하였으며 공력 탄성 학적 안정성 해석 및 시험을 위해 프루드 축소로 이루어졌다. 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 축소화하였으며 축소 값을 기준으로 삼아 시험용 블레이드를 설계하였다.
- 패들형 블레이드를 복합재료 허브 부품인 Flexure_3b와 Flexure_5b에 대하여 장착하여 진동수 계산을 수행하였다. Flexure_3b 복합재료 허브 부품에 패들형 블레이드를 장착하여 로터 회전 시 진동수 계산을 수행하였으며 곁과는 회전 시 1차 래그 고유 진동수는 0.
- 패들형 블레이드에 대한 질량 및 강성 분포에 대한 요구치와 설계값을 정리하였다. 그림 21과 22에 질량 및 플랩 강성 요구치 및 설계치 비교 결과가 제시되었다.
- 19에 형상이 제시되어 있다. 패들형태의 형상은 Foam Core와 스킨으로 형상을 구현하였으며 노즈 웨이트는 Spar 기준형과 같이 스파 성형 후 앞전 쪽에 위치하게 하는 방법을 선택하였다. 블레이드 끝단의 패들형 부분은 Notch 앞전을따라 Weight 삽입 가능하도록 함으로써 전체 C.
- 힌지없는 로터 시스템 설계의 핵심요소인 복합재료 플렉셔 설계 및 패들형 복합재료 블레이드설계/해석 기법을 소개하였다. 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을.
대상 데이터
- 기법을 소개하였다. 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을. 복합재료를사용하여 설계한 후 FLIGHTLAB을 이용하여 동역학적 특성을 분석하였으며 구조적 안전성을 판단하기 위해 설계하중값에 대하여 NASTRAN을 이용하여 구조 해석을 수행하였다.
- 복합재료 허브 부품 설계시 주의해야 할 점은 구조 강도 및 로터 시스템의 구조동역학적 특성을 기존 금속재 허브와 같이 동일하게 유지시키면서 복합재료가 갖는 피로 특성, 비강도 특성, 저중량 특성을 살리는 것이다. 복합재료 허브 부품 설 계시복합재료 원자재에 대한 쿠폰 시험 (Coupon Test)을 통해 확보된 허브 부품 적용 원자재 특성 분석 결과 및 D/B 자료를 사용하였다. 더불어 복합재료 허브 부품을 제작하는 성형 공법 및 제작 공법을 고려하여 허브 부품에 대한 구조 설계 및 해석이 수행되어야 한다.
- 사용된 익형은 RAE 9634, 9645 와 9648로 모두 3 종류이며 프로파일은 그림 18과 같다. 모든 축적은 시위 길이로 무차원화 되었다.
- 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 '및 단면구조 설계 기법을 습득하였다. 소재는 국산 소재를 사용하였으며 순수 국산 기술을 통해 설계하였다. 설계된 복합재료 플렉셔를 장착한 힌지없는 허브에 패들형 블레이드를 연결하여 전체 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다.
데이터처리
- 유한요소 모델링은 유한요소해석을 위해 Pre /Post Processing인 MSC/PATRAN 2000R2> 사용하였으며, MSC/NASTRAN V70.7을 이용하여 해석을 수행하였다. 복합재료 허브 부품의 플렉셔 부위의 단순화된 형상 및 경겨]/하중 조건은 그림 5와 같으며 허브와 체결되는 플렉셔 안쪽 끝단은 전체「자유도에 대해 구속하였으며, 바깥쪽 끝단에 정지 비행시 블레이드로부터 전달되는 6분력 하중을 적용하였다.
이론/모형
- 특성 해석에 사용하였다. 1차적으로 설계된 복합재료 허브 부품의 플렉셔 부분과 피치 하우싱 부분에 대한 강성치 계산 결과가 표 3에 제시되어 있으며 계산에 적용된 이론은 고전 적층 판 이론(Classical Laminate Plate Theory, CLPT)을사용하여 구하였다.
- 특성을 분석하였다. 사용된 해석 도구는 미국 Advanced Rotorcraft Technology(ART) 에서 개발한 FLIGHTLAB을 사용하였으며 블레이드 탄성 변형을 고려하기 위해 탄성체 블레이드로 모델링하였다. 유한요소 해석을 통해 로터 시스템의 동적 거동을 계산하며 로터 회전수에 따른 블레이드 고유 '진동수 및 고유 모드를 계산하게 된다.
- 이 2 가지 경우에 대한 구조동역학 특성을 살펴보았다. 사용한 해석 도구는 ART사에서 개발한 상용 통합해석코드인 FLIGHTLAB 이며 고유진동수뿐만 아니라 하중값들도 계산된다.
- 유한요소 모델링과 해석을 위하여 MSC/ PATRAN 와 NASTRAN을 이용하였다. 그림 13 은.
성능/효과
- 계산된 변형도는 식 (1)과 같이 간단한 오일러 빔 공식을 적용하였으며 하중이 가장 많이 작용하는 반경 안쪽(Inboard) root부에 대한 변형도를 계산하였다. 계산된 변형도 최대 변형도는 단면 중심의 스파 바깥쪽 외피에서 발생하였으며 그 크기는 2000 応 정도 값이 나왔다. 일반적으로 복합재료의 경우 약 6000 侷이내에서 허용하므로 비교적 안전하다고 할 수 있다.
- 설계된 복합재료 플렉셔를 장착한 힌지없는 허브에 패들형 블레이드를 연결하여 전체 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다. 그 결과 기존 로터 시스템과 유사한 특성을 나타냈으며 안정성도 조금 향상된 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 본 논문에서 기술된 로터 시스템 설계/해석기술은 현재 수행중인 ''차세대 헬리콥터 로우터시스템 개발” 사업 등에 직접 적용될 수 있을 것으로 기대되며 향후 추진 예정인 한국형 다목적헬기 (KMH) 개발에도 적용될 수 있을 것이다.
- 기존 금속재 허브의 플렉셔 부품 및 피치 하우싱 부품에 대한 형상 및 물성치를 기초로 하여 초기 형상을 예측하였다. 복합재료 허브 부품 설계 시 적용될 원자재는 일방향 탄소섬유 (UD Carbon)와 일방향 유리섬유(UD Glass)를 조합하여 적용할 예정.이며 원자재에 대한 물성치는 KIMM에서 시험한 결과를 이용할 것이며 설계에 사용된 값은 표 1에 기술되어 있다.
- 복합재료 허브 부품 성형 및 제작 공법으로 Fiber Placement System(이하 FPS)을 이용한 복합재료 허브 부품 적층 후 Autoclave 성형이 이루어지는 공법으로 선정되었으므로 이 공법에 맞도록 설계할 예정이다. 복합재료 허브 부품에 사용될 원자재에 대한 물성치를 이용하여 복합재료 허브 부품에 대한 적층 순서 (stacking sequence) 를 정하였으며 각 적층된 순서에 대한 물성치를 계산하고 유한요소 해석을 통해 구조해석을 수행하여 응력 및 변형도 값을 구하여 구조 안정성을 판단한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.