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.
가설 설정
- 또 조류 충돌 시의 항공기 비행 속력조건은 FAR 25에 기술된 조류충돌 조건인 해발고도에서의 최대 순항속력을 적용하였다. 그리고 조류 충돌 각은 일반적인 순항 시에 조류가 항공기의 접근을 인지하지 못한 상태를 가정하여 입사각 0도로 설정하였다.
제안 방법
- 4-Ply 초기 해석 결과가 완전히 파손됨을 예측함에 따라 파손이 발생하지 않을 때까지 2장씩 45 도 적층을 추가하여 추가해석을 수행하였으며, 총 8-Ply의 적층 모델에서 파손이 발생하지 않음을 예측하였다.
- 07kg, 198m/s) 결과와 동일한 조류형상모델을 생성하고 검증해석 과정을 수행하였다. Fig. 5는 검증모델의 해석 결과와 시험치와의 데이터를 비교하는 것으로 충돌순간의 충격파 구간(A), 압력 방출구간 (B), 정상상태 유동압력 구간(C)으로 나누어 각 구간별 압력을 비교하였다.
- 적용되어 설계된다. 따라서 알루미늄합금이 적용된 해석 대상 항공기의 주익 앞전을 복합재료로 대체하기 위해 좌굴 강도에 가장 큰 영향을 미치는 재료 강성과 부재의 두께의 유사성을 고려하여 재료의 선정 및 적층패턴을 결정하였다. Table 4는 적용된 금속재료와 적용된 복합재료의 재료적 특성 및 설계 변수를 비교한 것으로 복합재료의 탄성계수가 금속재에 비해 낮지만 부재두께가 상대적으로 큰 값을 가지고 있어 일반적으로 부재 두께의 세 제곱에 비례하는 평판좌굴특성에 미루어 볼 때 복합재료가 적용된 주익 앞전과 금속재료가 적용된 주익 앞전이 유사한 좌굴강도를 갖고 있다고 가정할 수 있다.
- 이는 조류 크기와의 상대적인 크기와 대형항공기에 비해 낮은 비행 속력 등을 고려해서 선정하였다. 또 조류 충돌 시의 항공기 비행 속력조건은 FAR 25에 기술된 조류충돌 조건인 해발고도에서의 최대 순항속력을 적용하였다. 그리고 조류 충돌 각은 일반적인 순항 시에 조류가 항공기의 접근을 인지하지 못한 상태를 가정하여 입사각 0도로 설정하였다.
- 3은 적용된 항공기, 내부 구조 형태, 유한요소 모델 등을 보여주는 것으로, 해석 모델의 형상 정보는 실제 항공기의 데이터를 측정하여 적용하였다. 또한 조류 충돌 시의 앞전 형상의 충분한 변형을 허용하기 위해 4개의 Rib Station의 모델을 생성하였다.
- 본 연구의 해석 모델의 경우 위의 모든 경우에 해당하고 있으며, Hourglass Energy 발생 최소화를 위한 Hourglass Control을 적용하였다.
- 생성된 조류모델의 적합성을 검증하기 위해 참고문헌 [6] 의 조류충돌시험 결과 중 데이터 확보가 가능한 모델 중 90도 수직 충돌 시험(0.07kg, 198m/s) 결과와 동일한 조류형상모델을 생성하고 검증해석 과정을 수행하였다. Fig.
- 선정된 복합재료 주익 앞전의 초기 적층 패턴은 일반적으로 가장 많이 적용되는 최소 기본 적층 패턴인 [45/-45]s 적층 패턴을 적용하였으며, 45도 적층은 비틀림 강성을 향상시키기 위한 것이다.
- 을 이용한 조류모델과 외연적 유한요소해석(Explicit Finite Element Analysis)이 적용되었으며, 금속재와 복합재료가 적용된 유한요소 주익 앞전조류충돌 해석 모델을 생성하고 각 해석 모델의 조류충돌 시의 거동을 분석하고 비교하였다.
- =2, 250MPa을 적용하였다. 조류모델을 감싸고 있는 공기 모델은 조류모델과 동일한 재료물성치와 이상기 체상태방정식 인 C0=C1=C2=C3=C6=0, C4=C5=k-1=0.4를 적용하였다.
대상 데이터
- 금속재 주익 모델의 재료로 실제 항공기에 적용된 Al2024-T3를 적용하였다. 물성 모델로는 Continuum Damage Theory를 적용한 MAT_DAMAGE_1(*MAT_104) 모델을 적용하였으며, 모델의 물성은 참고문헌 [8] 의 값을 적용하였다.
- 또 상태방정식의 계수 중 C0=C2=C3=C4=C5= C6=0, C1=2, 250MPa을 적용하였다. 조류모델을 감싸고 있는 공기 모델은 조류모델과 동일한 재료물성치와 이상기 체상태방정식 인 C0=C1=C2=C3=C6=0, C4=C5=k-1=0.
- 본 해석에 사용된 ALE 모델은 조류모델과 주변을 감싸고 있는 공기 모델로 이루어져 있으며 Fig. 4와 같이 구성된다. 조류모델의 물성은 참고문헌 [5] 에서 기술한 물성과 동일한 950 kg/m3의 밀도와 물과 같은 0.
- 해석을 위해 사용된 조류의 중량은 FAR 23의커뮤터급과 FAR 29에 적용된 1kg(2.2 lb)을 적용하였다. 이는 조류 크기와의 상대적인 크기와 대형항공기에 비해 낮은 비행 속력 등을 고려해서 선정하였다.
- 해석을 위해 사용된 해석 모델은 172R 항공기 우측 주익 외측 앞전(Leading Edge)부분으로 프로펠러 및 구조적 강성 등의 영향이 가장 작은 부분이며 형상 변형 등에 의한 공력 손실 등으로 항공기 안정성에 큰 영향이 예측되는 구조물로 선정하였다. Fig.
이론/모형
- ALE 기법은 At 동안 Lagrange Element의 Shape Function에 의한 절점의 이동 과정과 Euler Element의 Advection 과정이 순차적으로 진행되는 모델로 FSI 현상에 대한 해석 적용에 적합하다. ALE 기법에 적용되는 조류 모델은 LS-Dyna®에서 제공되는 MAT_NULL 모델이 적용되며, 이 모델은 점성편차응력(Viscous Deviatoric Stress)만을 고려하는 모델로 유체에 작용하는 압력을 계산하기 위한 상태방정식 (Equation of State)이 적용된다.
- 또 다른 주익 적용재료인 Carbon Fabric 복합재료는 인증 항공기에 널리 적용되는 T700S/#2510 PW Fabric 으로 조류 충돌 해석을 위해 MAT_ENHANCED_ COMPOSITE_DAMAGE (*MAT_54)를 적용하였다. 적용된 복합재료의 물성치는 Table 3에 기술하였다.
- 금속재 주익 모델의 재료로 실제 항공기에 적용된 Al2024-T3를 적용하였다. 물성 모델로는 Continuum Damage Theory를 적용한 MAT_DAMAGE_1(*MAT_104) 모델을 적용하였으며, 모델의 물성은 참고문헌 [8] 의 값을 적용하였다. Table 2는 주익 모델에 적용된 금속재료의 물성치를 기술한 것이다.
- 본 연구에서는 이를 위해 비선형 외연적(Nonlinear Explicit) 유한요소 상용 프로그램인 LS-Dyna®를 적용하였다.
- *MAT_54는 기본적으로 Chang - Chang 파손이론을 바탕으로 하고 있으며, Fiber Tension의 경우 전단응력에 의한 Fiber의 인장방향 파손을 적용할 수 있는 Hashin 의 Fiber Tension Failure 이론을 적용할 수 있도록 Weighting Factor(b)를 채택하고 있다. 본 해석에서는 전단응력에 의한 Fiber Tension Failure를 고려할 수 있는 Hashin Fiber tension Failure Criterion을 적용하였다.
- 재료 파괴를 모사하기 위해 Non-local Theory를 기본으로 하는 MAT_NONLOCAL 모델을 적용하였다. MAT_NONLOCAL 재료파괴모델은 Mesh의 사이즈 및 분포-등 국부적인 특성에 매우 밀접한 영향을 받는유한요소 해석의 변형률 특성을 유한요소의 적분점을 중심으로 하는 유효 반경 내에 있는 요소들의 수치들을 평가하여 파손의 개시 및 진전을 예측하여 이를 유한요소에 적용하는 재료파괴 모사 방법으로 체결부등의 작은 구멍들에 대한 유한요소 모델의 복잡성을 감소시키고, 이에 따른 해석모델을 생성하기 위한 업무 및 해석 시간을 감소시킬 수 있는 모델이다.
- 조류 충돌해석에 적용된 조류모델은 유기 생명체인 조류의 점성 유동 특성의 구현이 가능하면서, 항공기 구조물과의 충돌 등의 FSI 해석이 가능한 ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian) 기법을 적 용하였다. ALE 기법은 At 동안 Lagrange Element의 Shape Function에 의한 절점의 이동 과정과 Euler Element의 Advection 과정이 순차적으로 진행되는 모델로 FSI 현상에 대한 해석 적용에 적합하다.
- 한다. 특히 유체 특성을 갖는 조류와 고체인 항공기 구조와의 충돌의 모사는 다분야 통합 해석(Multi-disciplinary Integrated Analysis)이 적용된다.
- 해석을 위한 항공기 구조 FE 모델은 해석 시간의 단 죽을 위한 Reduced Integration Method가 적용된 One-point Integration 3-D Shell Element를 적용하였다.
성능/효과
- FAR 23급 항공기 중 본 연구에 적용된 Cessna 사의 172R의 1 kg 조류 충돌 해석 결과 금속재항공기의 경우 운항 안정성에 영향을 미칠 수 있으나, 구조 파손으로 인한 심각한 안전성의 결함이 발생하지는 않음을 예측하였다. 그리고 이 항공기 주익 앞전을 복합재료로 적용할 경우 조류충돌을 고려한 앞전 설계 시 오히려 금속재 항공기에 비해 중량 성능이 감소할 수 있음을 예측하고 있다.
- 또한 최근 비행이 증가하고 있는 복합재 GA급 항공기의 조류 충돌에 대한 안전성을 고려한 규정 마련이 필요함을 해석 결과를 통해 유추할 수 있었다.
- 이와 같은 변형의 결과로 양력 손실이 크게 발생되어 항공기의 운항 안정성 및 안전성에 영향을 미칠 것으로 예측되지만, 양력 등 비행 하중을 직접적으로 전달하고 있는 스파에는 스킨 및 리브의 변형으로 인한 에너지 감쇠로 충돌 에너지에 의한 영향이 발생하지 않기 때문에 안전한 착륙까지 이어질 수 있을 것이라 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.