[논문]항공기 조향장치 파손원인 사례연구

박성지

doi:10.14346/jkosos.2013.28.3.029

항공기 조향장치 파손원인 사례연구
A Case Study on the Fracture of Steering Apparatus for Aircraft 원문보기

한국안전학회지 = Journal of the Korean Society of Safety, v.28 no.3, 2013년, pp.29 - 32

박성지 (국립과학수사연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

An aircraft made an emergency landing through the loss of capability controlling steering. A torsion link which is a part of steering apparatus has been adrift from the steering system and the bolt connected to the steering link has fractured. At the same time, the FLIR(Forward Looking Infrared Radar) mounted in front of the steering link has been also damaged. In the early of this investigation, we considered the failure of the FLIR had occurred first, that FLIR hit the steering link and finally the bolt fractured. The fractured section of the bolt has shown a beach mark and a dimple mark as well. The outside of the bolt has shown a large deformation by a heavy load. As a result, we have found out what the cause of the heavy load and the fractures for bolt, link and FLIR have occurred in what order.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문은 열화상장비의 마운트가 파손되어 이탈되면서 열화상장비가 앞바퀴 조향장치인 토션링크를 충격하여 상부볼트가 파손되었는지 아니면 조향장치 상부볼트가 먼저 파손된 후 열화상장비를 충격하여 열화상장비가 이탈되었는지의 사고발생 순서와 사고 발생이 작업자 실수인지 부품 결함인지를 평가하고자 한다.

제안 방법

또한 볼트가 정상적인 강도를 가지는지 확인하기 위해 기계적 성질을 측정하였는데 경도는 로크웰 C스케일이 33으로 측정되었다. 항복강도를 측정하기 위해, 일반적인 인장시편 제작이 곤란하여 Fig. 7과 같이 계장화압입시험을 시행하였다. 5곳의 압입시험으로 평균 항복강도는 603 MPa로 측정되었고 인장강도는 1,420 MPa로 측정되어 볼트의 강도에는 이상이 없는 것으로 판단되었다.

성능/효과

7과 같이 계장화압입시험을 시행하였다. 5곳의 압입시험으로 평균 항복강도는 603 MPa로 측정되었고 인장강도는 1,420 MPa로 측정되어 볼트의 강도에는 이상이 없는 것으로 판단되었다.
상부볼트는 반복적으로 항복응력을 초과하는 강한 전단력에 의해 손상되었고 이러한 응력은 정상적인 지상주행이나 착륙에서는 발생할 수 없는 응력이다. 그러므로 상부볼트의 파손원인은 토션링크를 분리하지 않고 강제 견인하는 경우와 같은 강제적인 조향력이 작용할 경우 발생할 수 있음을 알 수 있었다.
즉 전단력에 의해 변형이 생긴 부분이다. 그리고 파단면에는 비치마크(Beach Mark)가 관찰되었고, SEM(Scanning Electron Microscope)를 이용한 파단면 검사결과 대부분의 범위에서 Fig. 6과 같이 연성파괴에서 나타나는 딤플(dimple)과 개재물이 관찰되었다. 그러나 현미경을 통해서는 장기간에 걸친 항복응력 이하의 작은 응력으로 진행된 피로파괴의 진전을 볼 수 없었다.
상부볼트를 보면 금속조직과 인장강도 및 경도에 큰 하자가 없으므로 볼트의 자체의 결함은 없다고 볼 수 있다. 볼트의 변형상태를 보면 Fig. 4와 같이 강한 전단력이 작용하였고 볼트의 소재가 강한 외력을 받은 부위에 전단이 발생하였고 볼트의 파단면을 보면 반복적인 하중에 의해 비치마크가 발생하였고 비치마크의 원점이 볼트가 압축을 받은 위치와 동일하므로 비치마크의 발생원인은 항복응력을 초과하는 강한 외력이 반복적으로 발생하였다는 것을 알 수 있다.
사고의 과정을 정리하면 열화상장비와 토션링크가 파손된 사고 상황에서 토션링크의 상부볼트가 끊어져 토션링크를 펴게 되면 열화상장비의 파공부위가 일치하므로 토션링크의 상부볼트가 파손된 후 앞바퀴에 구속된 토션링크 하부볼트를 기준으로 토션링크가 좌우로 후려치면서 열화상장비를 충격한 것으로 판단되었다. 그러므로 열화상장비의 이탈된 원인은 토션링크 상부볼트가 이탈된 후 열화상장비를 후려침에 따른 것이다.
사진에서 바닥면은 기체 하단부에 장착되는 부분이고 긁힌 부분과 유리부분은 카메라부분이다. 전체적으로 활주로와 마찰되면서 긁힌 흔적이 발생되어 있고 끝부분이 원형이 물체에 충격된 흔적이 식별되었고 장착된 상태에서 수평방향으로 충격된 흔적이 식별되었으며 이 흔적은 노면과 마찰된 흔적과는 구분되는 흔적이다.
토션링크의 상부볼트를 풀고 토션링크를 아래쪽으로 늘어뜨린 후 종이모형을 열화상장비의 같은 부위에 부착하여 간섭여부를 확인하면 거의 닿지 않으나 토션링크의 중간부위를 약간 들어주는 경우 열화상장비의 구멍위치와 충격방향 및 형상이 정확히 일치됨을 확인할 수 있었다.

후속연구

향후 이러한 사고가 재발되지 않기 위해서는 상하 토션 링크의 분리용 핀을 반드시 제거하고 견인하여야 하며 추가적으로 작업지침서 등에 확인절차를 두어 작업자가 재차 확인한 후 견인작업을 하여야 할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 판단한 열화상장비가 이탈된 원인은 무엇인가?	열화상장비가 이탈된 원인은 토션링크의 충격으로 인한 것이고, 토션링크가 이탈된 원인은 토션링크 상부볼트가 파손되었기 때문으로 판단된다.
	본 연구에서 파손된 상부볼트의 성분은 무엇인가?	볼트의 양단은토션링크와 조립되고 안쪽 두 곳은 조향장치 구조물에 조립된다. 성분은 Ni-Cr강으로 가공 후 전체적으로 Cu를 입히고 Cr도금처리 되었다.
	스티어링 브라켓의 그리스 홈과 접촉되는 볼트의 표면에 돌출된 흔적은 무엇을 나타내는가?	즉 토션링크가 조립되는 부분은 회전이 가능한 힌지역할을 하며 볼트의 스티어링 브라켓과 접촉되는 부분은 회전마찰운동에 의한 마찰 손상을 줄이기 위해서 스티어링 브라켓 내부에 그리스 홈이 가공되어 있다. 스티어링 브라켓의 그리스 홈과 접촉되는 볼트의 표면에 돌출된 흔적이 나타나는데 이는 강한 외력에 의해 볼트의 소재가 그리스 홈으로 밀려들어갔음을 나타낸다. 이 사실만 보더라도 볼트에 항복응력 이상의 하중이 작용한 상황으로 볼 수밖에 없다.

참고문헌 (3)

Chowdhury Sandip Ghosh, Kumar Pravesh, Das Swapan K, Bhattacharya, Parida N, "Failure Analysis of High Temperature Studs", Engineering Failure Analysis, Vol. 8, pp. 521-528, 2001.

상세보기
Zhiwei Yu and Xiaolei Xu, "Failure Analysis of Connecting Bolts and Location Pins Assenbled on the Plate of Main-Shaft used in Locomotive Turbocharger", Vol. 15, pp. 471-479.
N. Eliaz, G. Gheorghiu, H. Sheinkopf, O. Levi, G. Shemesh, A. Ben-Mordechai and H. Artzi, "Failures of Bolts in Helicopter Main Rotor Drive Plate Assembly due to Improper Application of Lubricant.", Engineering Failure Analysis, Vol. 10, pp. 443-451, 2003.

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