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CAS 복합재료 항공기 날개의 에일러론 역전 특성 연구
A Study on the Aileron Reversal Characteristics of CAS Composite Aircraft Wings 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.37 no.12, 2009년, pp.1192 - 1200  

송오섭 (충남대학교 기계공학과) ,  김근택 (한국항공우주연구원 항행제어팀)

초록
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본 논문에서는 굽힘-비틀림 연성운동이 일어나는 CAS 형태의 이방성 복합재료 항공기 날개의 에일러론 역전 특성에 관한 해석적인 연구를 수행하였다. 복합재료 날개는 박판보로 모델링되었다. 복합재료 날개의 에일러론 역전 특성에 관한 연구에서, 횡전단변형 및 와핑구속, 굽힘-비틀림 연성, 후퇴각, 날개의 가로세로비, 날개와 에일러론의 길이비 및 시위비, 등을 고려하는 것이 필요하다. 얇은 벽 보의 항공기 날개에 대한 보다 더 효과적인 설계를 위해, 에일러론 역전 특성과 관련한 연구 결과는 매우 중요한 역할을 담당할 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper deals with an analytical study on the aileron reversal characteristics of anisotropic composite aircraft wings modelled as thin-walled beam and having bending-torsion structural couplings caused by Circumferentially Asymmetric Stiffness layup scheme. For a study on the aileron reversal of...

주제어

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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 α37과 α56의 영향에 대해 조사하였다.
  • 본 연구에서 에일러론 역전 특성을 연구하기 위해, 횡전단변형 및 와핑구속 효과, 굽힘-비틀림 연성 계수, 후퇴각의 영향, 날개의 가로세로비, 날개와 에일러론의 길이비 및 시위비, 에일러론의 처짐량 등을 고려하였다. 아울러, 연구 대상 모델의 형상은 소형기급 항공기로서, 대략 Mach 0.
  • 본 연구에서는 굽힘과 비틀림이 구조적으로 연성을 나타내는 특수한 적층 형태(layup)의 하나인 Circumferentially Asymmetric Stiffness(CAS) 형상[3]의 복합재료의 박판 보에 대해 구조적 테일러링(tailoring)을 이용한 정적 공탄성의 안전성 문제인 에일러론 역전 특성에 대해 고찰한다.

가설 설정

  • 1) 보의 단면은 변형 후에도 단면 본래의 형상을 유지한다. 2) 비틀림 율(rate of twist)은 보의 축 방향을 따라 변한다.
  • 보의 벽 두께가 매우 얇은 경우에는 2차 와핑의 영향은 1차 와핑에 비해 무시할 수 있을 정도로 작다. 3) 에일러론에 의한 날개의 기하학적 형상 변화는 없는 것으로 가정한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
항공기의 날개 특징에 대해 설명하시오 항공기의 날개는 탄성체로서, 공력으로 인해 변형이 일어나고, 이로 인해 받음각이 변하기 때문에 날개를 강체로 가정하였을 경우와는 다른 특성을 나타낸다. 날개의 받음각의 변화는 공력 특성에 커다란 영향을 미치므로, 항공기 날개의 정적 공탄성 문제에 대한 해석이 중요하다.
에일러론 역전이란 무엇인가? 에일러론 역전이란, 날개의 에일러론을 통해 원하는 양력의 증가를 얻고자 할 때, 날개의 변형으로 인해 받음각이 작아지면 양력이 원하는 방향과 반대로 발생하는 현상이다[1,2].
복합재료 CAS 항공기 날개의 에일러론 역전 특성 연구 결과는? 1) CAS 복합재료 날개의 경우, 섬유각의 변화에 따른 굽힘-비틀림 강성 계수 값의 변화가 다른 강성계수에 비해 크게 나타났으며, 날개의 유효 받음각과 롤 모멘트 계수에 대해 지배적이었다. 따라서 CAS 복합재료 날개의 구조적인 테일러링에 반드시 고려하여야 할 변수임을 밝혔다. 2) 박판 보의 날개에서 횡 전단 효과는 와핑효과에 비해 에일러론 역전 특성에 많은 영향을 미치므로, 항공기 날개의 설계에서 반드시 고려하여 할 효과로 나타났다. 3) 항공기 날개의 가로세로비는 에일러론 역전속도에 큰 영향을 미치는 변수로서, 가로세로비가 증가함에 따라 상대적으로 높은 속도에서 에일러론 역전이 발생한다는 것을 알 수 있었다. 4) 에일러론의 크기가 증가함에 따라 역전 속도를 증가시킬 수 있지만, 유효 받음각이 작아져 항공기 날개의 양력을 감소시킬 수 있기 때문에, 날개의 양력이 허용하는 범위 내에서 에일러론의 크기를 결정하여야 한다. 5) 에일러론 처짐량은 에일러론 역전 속도에 대해 영향을 미치지 않는 것으로 나타났지만, 에일러론 처짐량이 증가할수록 유효 받음각은 작아져 날개에 발생하는 양력을 감소시키므로, 날개의 양력이 허용하는 범위 내에서 에일러론의 처짐량을 결정할 필요가 있다.
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참고문헌 (8)

  1. Bisplinghoff, R. L., Ashley, H. and Halfman, R. L., Aeroelasticity, Dover Publications Inc., New York, 1996. 

  2. 김은석, 이인, 복합재료 날개의 조종면 리버설 해석, 한국항공우주학회지, 제 18권 2호, 1990. 6, pp. 60-68. 

  3. Librescu, L. and Song, O., Thin-Walled Composite Beams: Theory and Application, Solid Mechanics and its Applications, Volume 131, Springer, ISBN-10 1-4020-3457-1, 2006. 

  4. Song, O., Modeling and Response Analysis of Thin-Walled Beam Structures Constructed of Advanced Composite Materials, Ph.D. Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1990. 

  5. Librescu, L., Meirovitch, L., and Song, O., "Refined Structural Modeling for Enhancing Vibrational and Aeroelastic Characteristics of Composite Aircraft Wings," La Recherche Aerospatiale, Volume 1996, Issue 1, 1996, pp. 23-35. 

  6. Librescu, L., Meirovitch, L., and Song, O., "Integrated Structural Tailoring and Control using Adaptive Materials for Advanced Aircraft Wings," Journal of Aircraft, Volume 33, Issue 1, January-February 1996, pp.s 203-213. 

  7. 송오섭, “적층 복합재료 박판 보의 강제진 동특성에 관한 연구,” 한국복합재료학회지, 제10권 제2호, 1997, pp. 13-24. 

  8. Ehlers, S. M. and Weisshaar, T. A., "Adaptive Wing Static Aeroelastic Roll Control," Proceedings of the SPIE Volume 1917, Smart Structures and Materials 1993: Smart Structures and Intelligent Systems, Part 1, September 1993, pp. 125-134. 

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