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제안 방법
- 상부 동체 계산에는 Fully Effective Stiffness Model을 사용하였으나 두 모델 결과에서 두드러진 차이는 보이지는 않았으므로, 하중경로가 주로 하부동체를 통하여 형성되고 있음을 알 수 있었다. 4.1 과 4.2절에서 보듯 두 모델에서 큰 차이가 없는 것으로 판단되어 이하 해석 결과는 Reduced Model Stiffness 에 주로 기반을 두어 강도 해석을 실시하였다.
- MSC/NASTRAN을 이용하여 계산된 전기체 유한요소 해석결과로부터 각각의 부품에 대한 안전여유(M.S.; Margin of Safety)를 계산하였다. 부품별 안전여유는 부품의 재질(복합재, 금속재 등) 에 따라 구분하여, 3.
- TR-S5 형상에 따라 전기체 유한요소 모델을 완성하고 여러 번에 걸쳐 설계변경 안에 따라 수정하여 왔으며, 본 보고서는 2006년 7월까지 전기체 해석결과로 부터 동체 후방 (FS 3150 ~ 4655)에 부분에 대한 해석 결과를 정리하였다. 구조해석과 전/후처리 소프트웨어로 항공기의 구조해석에서 널리 사용되는 MSC/NASTRAN 과 MSC/PATRAN을 사용하였으며, 기본 단위계는 [N, min, sec]을 사용하였다,
- 금속재 부품은 주응력 (principal stress)을 이용하여 강도를 평가하였으며, 안전여유는 다음식을 통하여 계산하였다.
- 미익부 구조물은 다섯 개의 Bracket을 통해 후방동체 구조물에 연결되는데, 이를 위해 미익부와 후방 동체를 연결하는 다섯 개의 Bracket을 모델링하였으며, 각각의 Bracket과 미익부 및 후방동체 구조물은 MPC 요소를 사용하여 연결하였다. 마지막으로 후방동체 하부 스킨 바닥면에 장착되는 VHF 안테나를 Dummy 유한요소를 통해 모델링하여 VHF 안테나에서 발생하는 공기력 하중이 후방동체 유한요소 모델에 적절히 전달될 수 있도록 하였다.
- 후방동체 하부 스킨 바닥면에 장착되는 벤츄럴 핀은 스킨과 스파 구조물로 구성하였으며, 벤츄럴 핀과 하부 스킨 바닥면 연결에는 MSC/NASTRAN 의 MPC(Multi Point Constraint) 요소를 사용하였다. 미익부 구조물은 다섯 개의 Bracket을 통해 후방동체 구조물에 연결되는데, 이를 위해 미익부와 후방 동체를 연결하는 다섯 개의 Bracket을 모델링하였으며, 각각의 Bracket과 미익부 및 후방동체 구조물은 MPC 요소를 사용하여 연결하였다. 마지막으로 후방동체 하부 스킨 바닥면에 장착되는 VHF 안테나를 Dummy 유한요소를 통해 모델링하여 VHF 안테나에서 발생하는 공기력 하중이 후방동체 유한요소 모델에 적절히 전달될 수 있도록 하였다.
- 복합재 부품에 대해서 각 층별로 최대 변형률을 계산하고 이를 사업단에서 제공한 허용변형률과 비교하여 안전여유를 계산하였다. €1, e2, 7i2 는 각 방향의 주변형률과 전단변형률이고, 타”《cmlsu는 인장 압축 및 전단방향의 허용변형률로 €血=5, 25°〃, €ca=4, 000〃, %/6, 700〃 이다.
- 본 해석에서는 하중조건은 착륙조건을 포함한 56개 기본 하중조건과 후방동체와 미익부 임계조건인 45개 조합 하중조건(Combined Loading Condition)을 사용하여, 총 1()1개 하중조건에 대한 후방동체 유한요소 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 각각의 하중조건에 대한 설명은 "TR-S5 상세설계 하중해석"과 "TR-S5 상세 설계 주요 설계조건 선정''에 상세히 기술되어 있다.
- ; Margin of Safety)를 계산하였다. 부품별 안전여유는 부품의 재질(복합재, 금속재 등) 에 따라 구분하여, 3.1 과 3.2에 기술한 방법으로 각각 계산하였다. 체결부에 대해서는 3.
- 스마트 무인기 TR-S5 전기체 유한요소 모델은 TR-S5 형상을 기준으로 (주)데크와 한국항공우주산업(주)에서 각각 진행된 구조물 설계와 장착물 지지구조 설계 결과를 바탕으로 구성하였다. CATIA 모델, 주요 구조물 도면, 장착물 장착 위치 등 전기체 유한요소 모델 구성을 위해 필요한 기본 데이터는 2006년 7월 말까지 입수된 자료를 기준으로 하였다.
- 이용하여 강도를 평가하였다. 전기체 구조해석을 수행한 총 101개 하중조건에서 후방동체와 미익 부를 체결하는 MPC 절점(체결 지점) 에서의작용하중을 구한 후, 이를 이용하여 각 체결 지점에서의 베어링강도와 Pull-Out 강도를 평가하였다.
- 2에 기술한 방법으로 각각 계산하였다. 체결부에 대해서는 3.3에 기술한 방법을 통해 Bearing 강도와 Pull-out 강도를 평가하였다.
- 항공사업단 항공구조그룹에서는 스마트무인기의 구조 설계결과를 바탕으로 전기체 유한요소 모델을 구성하고 이에 대한 전기체 해석을 수행하였다. TR-S5 형상에 따라 전기체 유한요소 모델을 완성하고 여러 번에 걸쳐 설계변경 안에 따라 수정하여 왔으며, 본 보고서는 2006년 7월까지 전기체 해석결과로 부터 동체 후방 (FS 3150 ~ 4655)에 부분에 대한 해석 결과를 정리하였다.
- 후방동체 전체에 대하여 좌굴해석을 수행하였다. 다음은 가장 하중조건이 Critical 하다고 판단되는 LC4에 대하여 수행한 결과이다.
- 후방동체 해석을 위하여 Upper Skin 부분은장탈착 가능 구조로 설계가 되기 때문에 해석에 사용되는 강성을 실제 대비 40%만 사용하는 Reduced Model과 100% 강성을 사용하는 Fully Effective Stiffness Model 두 가지 모델을 사용하여 강도해석을 수행하였다. Reduced Stiffness Model은 하부 동체 하중에 하중이 몰리게 되어 약간 더 보수적인 결과를 얻을 수 있었다.
- 후방동체-미익부의 체결부에 대한 보다 정확한 강도평가를 위해, 3.3절에서 기술한 체결부 강도해석 절차에 따라 후방동체-미익부 체결 지점에서의 베어링 강도와 Pull-out 강도를 평가하였다. 후방동체■미익부 체결부 해석은 2006년 7월 말까지 확보된 설계 데이터를 기준으로 수행하였다.
대상 데이터
- 구성하였다. CATIA 모델, 주요 구조물 도면, 장착물 장착 위치 등 전기체 유한요소 모델 구성을 위해 필요한 기본 데이터는 2006년 7월 말까지 입수된 자료를 기준으로 하였다.
- TR-S5 동체 후방 유한요소 모델은 FS 3150 벌크 헤드, 하부 스킨, 좌/우측 상부 전/후방 스킨, 좌/우측 상하부 연결 브라켓 등의 주요 구조물로 구성하였다. 후방동체 하부 스킨 바닥면에 장착되는 벤츄럴 핀은 스킨과 스파 구조물로 구성하였으며, 벤츄럴 핀과 하부 스킨 바닥면 연결에는 MSC/NASTRAN 의 MPC(Multi Point Constraint) 요소를 사용하였다.
- 3절에서 기술한 체결부 강도해석 절차에 따라 후방동체-미익부 체결 지점에서의 베어링 강도와 Pull-out 강도를 평가하였다. 후방동체■미익부 체결부 해석은 2006년 7월 말까지 확보된 설계 데이터를 기준으로 수행하였다.
이론/모형
- 구성하였다. 후방동체 하부 스킨 바닥면에 장착되는 벤츄럴 핀은 스킨과 스파 구조물로 구성하였으며, 벤츄럴 핀과 하부 스킨 바닥면 연결에는 MSC/NASTRAN 의 MPC(Multi Point Constraint) 요소를 사용하였다. 미익부 구조물은 다섯 개의 Bracket을 통해 후방동체 구조물에 연결되는데, 이를 위해 미익부와 후방 동체를 연결하는 다섯 개의 Bracket을 모델링하였으며, 각각의 Bracket과 미익부 및 후방동체 구조물은 MPC 요소를 사용하여 연결하였다.
- 후방동체와 미익부의 체결부는 MSC/NASTRAN 의 MPC(Multi Point Constraint) 에서 산출되는 반력을 이용하여 강도를 평가하였다. 전기체 구조해석을 수행한 총 101개 하중조건에서 후방동체와 미익 부를 체결하는 MPC 절점(체결 지점) 에서의작용하중을 구한 후, 이를 이용하여 각 체결 지점에서의 베어링강도와 Pull-Out 강도를 평가하였다.
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