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문제 정의
- ARGONe 러시아에서 수호이와 같은 군용기 개발에 사용하기 위해 개발한 프로그램으로, 민간항공 규정을 적용할 수 있도록 한국항공우주연구원과 러시아가 공동으로 개발/수정하여 현재에 이르고 있다. ARGONe 비행하중(Flight Loads) 뿐만 아니라 지상하중(Ground Loads), 플러터(Flutter) 해석, 그리고 응력해석 (Stress Analysis)까지도 가능한 통합 설계프로그램이다 본 기사에서는 ARGON을 이용한 FAR23급 항공기인 스마트 무인기의 기본설계단계의 비행하중해석 과정과 그 결과를 기술하였다.
- 각 단계에서 구조해석은 유한요소해석을 기반으로 응력/강도해석, 공 탄성 해석, 피로해석 및 손상허용 해석을 수행한다. 본 기사에서는 한국항공우주연구원에서 수행하였던 연구결과를 이용하여각 해석부분을 설명하려 한다.
- 본 기사에서는 항공기 구조물의 설계/해석 절차에 대한 전반적인 사항을 소개하였다. 항공기 구조물에 대한 해석은 높은 수준의 신뢰도를 요구하므로 항상 실험 및 유사한 신뢰도를 갖는 방법에 의한 검증을 필요로 한다.
- 플러터 현상은 공력에 의한 하중을 받는 모든 구조물에서 발생할 수 있으며 급격한 진동 발산으로 인해 구조파손에 이르기 때문에 비행 안전을 위하여 반드시 점검해야 할 요소이다. 본 논문에서는 앞서 언급한 반디호의 결과를 이용하여 플러터 해석에 대하여 설명 하고자 한다.4)FAR 23.
- 응력해석은 감항 규정이 요구하는 구조물의 안전성과 건전성을 입증하기 위해 수행한다. 구조물의 안전성과 건전성을 입증하기 위해서는 손상없는 상태와 페일 세이프(Fail-Safe) 상태에 있는 구조물의 정적 강도를 해석해야 한다.
가설 설정
- 누적손상법은 완전한 이론에 기초하고 있지는 않지만, 아직까지는 가장 일반적으로 적용할 수 있는 방법으로 인정되며, FAA의 Advisory Circular에서도 이 방법을 제시하고 있다. 누적손상 방법은 어떤 크기의 변동하중 또는 응력의 사이클 수(Cycles) n과 그 하중 또는 응력크기에서 파손을 일으키는 사이클 수 N의 비로 그 하중에 의한 피로 손상분(Damage Fraction) D가 주어지며 (n/N = D), 모든 크기의 하중들에 의한 피로 손상분의 합이 1이 될 때, (즉, S «/N=l), 피로파손이 일어난다고 가정한다. 누적손상법은 그 활용도가 가장 넓다는 이유로도 선호된다.
- 천이기동하중을 해석하기 위해 오일러(Euler) 운동 방정식의 해를 구한다. 축방향 하중배수는 0으로 기동중 항공기의 속도와 고도는 일정한 것으로 가정한다. 수치 해석적 방법을 써서 운동방정식을 풀 수 있으며, ARGON에서는 Runge-Kutta방법을 적용한다.
- 여기서 Me 마하수이다. 포텐셜의 해의 수치해석을 위해 항공기를 사다리꼴 형상의 패널로 나누고 각 패널에 일정한 강도의 특이 와류 (Vortex Singularity)가 분포하는 것으로 가정한다. 받음각(Angle of Attack)이 주어질 때 무차원 압력 계수를 식 (2)로 표현할 수 있다.
- 피로하중에 의한 손상누적은 하중 사이클 당 누적된다고 가정할 수가 있다. 그러므로 사이클 당 손상을 계산하기 위하여 스펙트럼 형태의 하중이력을 cycle-by-cycle로 분해하여 각 사이클 하중의 응력 폭과 평균응력을 구해야 한다.
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