[논문]회전익기용 연료탱크 Slosh & Vibration 인증시험

김현기; 김성찬; 이종원; 황인희; 장기원; 전필선; 정태경; 하병근; 이기천; 신동우

doi:10.9766/kimst.2011.14.1.062

회전익기용 연료탱크 Slosh & Vibration 인증시험
Slosh & Vibration Qualification Test for Fuel Tank of Rotorcraft 원문보기

Rapid turning and accelerated movement of a rotorcraft leads to the slosh and vibration effect of fuel in the fuel tank. Due to the slosh load, the internal component of a fuel tank can be broken and fuel tank skin can be damaged. This is directly related to human survivability. Military specification(MIL-DTL-27422D) requires the verification of the stability of aircraft fuel tank and internal component against slosh & vibration load through the qualification test. This report shows the establishment of slosh and vibration test facility and KUH fuel tank qualification test result.

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문제 정의

본 논문은 한국형 기동헬기용으로 개발된 연료탱크의 slosh & vibration 시험 수행 결과를 제시하고 있다.
본 논문의 Slosh & Vibration 시험은 연료탱크 인증 시험 Phase II에 해당하며, 항공기 기동 시 연료 출렁임에 의한 연료탱크 자체 및 내부 LRU 안전성을 검증하기 위한 시험이다.

가설 설정

2) 모든 피팅과 연료탱크 외벽의 자체밀폐 부분은 적절한 접착제를 이용하여 갈색 종이(Brown Paper)를 해당 위치에 부착한다.
2) 연료탱크 주유구를 제외한 연료탱크의 모든 구멍을 밀봉한다.
3) 진동진폭 : Slosh & Vibration 시험 동안 시험체의 진폭은 두 지점에서 측정 하도록 규정하고 있다.

제안 방법

1) 시간 : 시험체에 Slosh와 Vibration을 25시간 동시에 부가하여 시험하고, 시험종료 후 15시간의 Slosh 시험을 추가로 수행한다.
3) 연료탱크에 ASTM D471Ref fuel B(또는 JP-8, JET A, JET A-1)를 2/3 가량 채우고 110℉ 규격온도(43.3±3℃)까지 상승시킨 후, Slosh & Vibration 시험을 실시한다.
입증시험은 소재입증시험인 Phase I과 연료탱크 인증시험인 Phase II로 구분된다. Phase I 시험은 재료시편 물성치 시험과 금속 피팅 강도시험 및 상자형 표준 시제품에 대한 피탄 및 낙하시험 등으로 구성된다. Phase I 시험을 통과한 경우에 한하여 실제 연료탱크를 제작하여 Phase II 시험을 수행한다.
Slosh & vibration 인증시험은 x, y, z축에 대해 각각 8시간, 8시간, 9시간이 수행되었으며, 이 3종의 시험이 완료된 후 15시간의 추가 slosh 시험이 수행되었다.
시험결과 갈색종이에서 어떠한 누설 흔적도 발견되지 않았다. 또한, 항공기 구조물로부터 연료탱크를 분해한 후, 연료탱크 및 내부 LRU에 대한 이상여부를 검사하였으며, 구조적인 손상이나 변형이 없음을 확인하였다.(Fig.
본 논문에서는 각 축에 대한 시험결과가 유사하므로, z축(진동)에 대해서만 부과된 진동주파수, 진동변위, 압력변위, 온도변위 측정결과를 제시하고 있다.
본 논문의 Slosh & Vibration 인증시험은 Phase II로써 Fig. 1의 탱크 중 측면 연료탱크로 수행되었다.
시험체 검사는 연료탱크 누설여부, 연료탱크 자체 손상, 내부 LRU 파손여부에 대해 수행된다. 연료탱크 누설여부는 Fig.

대상 데이터

항공유(JP-8)를 연료탱크에 넣은 후 시험 챔버 내에서 heater로 가열하여 규격온도까지 상승시킨다. Fig. 8에서 보는 바와 같이 연료탱크 내부의 압력과 온도 측정을 위해 연료탱크 점검창(Access Door Cover)에 각각 2개소와 1개소에 압력센서와 온도센서가 설치되었다.
연료탱크 외피에 사용되는 소재는 Fig. 3과 같은 적층구조로 설계 및 제작되었으며 각 층별 주요 기능 및 특성은 Table 1과 같다.
1) 연료탱크를 실기체 모사 구조물에 장착 후 내부 배관과 장착물을 장착한다. 참고로, 본 인증시험에서는 항공기 피치에 의해 앞뒤로 연료의 출렁임이 가장 심할 것으로 평가된 측면 연료탱크가 사용되었다.(Fig.
7과 같다. 항공유(JP-8)를 연료탱크에 넣은 후 시험 챔버 내에서 heater로 가열하여 규격온도까지 상승시킨다. Fig.

성능/효과

따라서 본 인증시험을 통하여 한국형 기동헬기용 연료탱크는 항공기 운용 시 발생되는 내부유체의 출렁임 및 진동에 의한 연료탱크 안정성 및 내부 구성품 장착의 건전성이 검증되었다.
또한, Fig. 15와 같이 측정 온도도 시험온도 범위(43.3±3℃)에서 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
또한, Slosh & Vibration 시험 이후에 수행된 가압시험 및 분해 후 육안검사를 통해서도 구조적인 변형이나 파손의 흔적이 없음이 확인되었고, 내부 LRU(배관, 펌프 등 탑재장비) 손상도 전혀 발생하지 않았다.
18과 같이 연료탱크를 감싸고 있는 갈색종이(Brown Paper)에 기름흔적 유무로 판정한다. 시험결과 갈색종이에서 어떠한 누설 흔적도 발견되지 않았다. 또한, 항공기 구조물로부터 연료탱크를 분해한 후, 연료탱크 및 내부 LRU에 대한 이상여부를 검사하였으며, 구조적인 손상이나 변형이 없음을 확인하였다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

회전익기의 연료탱크의 특징은 무엇인가?

회전익기의 연료탱크는 추락 시 승무원의 생존 여부와 직결되며, 항공기 기체와 다양한 부위에서 체결 되므로 체계 연관성이 상당히 큰 구성품이다. 또한, 미국 등 항공분야 선진국에서 상당한 관심을 갖고 수십년 간의 노하우를 축척하면서 개발해 온구성품이다. 회전익기 연료탱크의 기능과 소재는 일반 탱크와는 상당히 다르며, 전투기와 같은 고정익 항공기와도 제작에 적용되는 소재와 설계 개념이 다르다.

항공기는 운용 시 어떤 운동을 하게 되는가?

일반적으로 항공기는 운용시 급격한 선회 또는 가속도 운동을 하게 된다. 이런 기동에 의해 항공기 내부 LRU는 상당한 하중과 진동의 영향을 받는다.

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