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문제 정의
- 로터 구성품의 피로시험은 일반적으로 S-N 시험법을 이용하여 수행된다. S-N 시험법은 복합재 블레이드 제작에 사용된 각각의 복합소재에 대해 피로한계(fatigue limit)값을 획득할 목적으로 수행된다. 또한, 피로시험을 통해 획득된 피로한계 값의 통계적 분석을 통해 안전수명곡선(safe S-N curve)을 생성할 수 있으며, 이후 안전수명곡선에 하중스펙트럼을 적용하여 누적손상을 평가함으로써 피로수명을 결정하게 된다.
- 본 논문에서는 복합재 헬리콥터 블레이드의 피로수명 평가 시 손상허용 개념을 적용하기 위해 관련규정을 분석하고, 선진항공제작사와 국내 헬기 개발사업 등을 통해 적용된 사례들의 검토결과를 제시하였다. 복합재 블레이드에 적용가능한 결함과 손상의 형태, 크기 및 적용위치 등을 결정하기 위해서는 제작공정과 운용과정에 대한 체계적인 분석이 필수적이다.
- 또한 최근에는 고정익 항공기와 동일하게 내결함 안전수명과 파손안전 설계가 통합된 손상허용(damage tolerance) 설계의 요구도가 회전익항공기의 감항인증규정[5~7]에 반영되었다. 본 논문에서는 회전익항공기의 복합재 로터 블레이드의 피로특성을 평가하기위한 관련규정을 분석하고, 선진항공제작사와 국내 헬기 개발사업 등을 통해 적용된 사례들을 검토함으로써 손상허용 설계를 적용한 피로평가 방법을 고찰하고자 한다.
- S-N 형식의 피로시험을 위한 시험하중은 크게 두 단계로 구분하여 적용할 수 있다. 이중 1단계 시험하중은 블레이드 단면 중에서 구조적 안전여유(structural margin of safety)가 최소인 부위에 사용되는 복합소재의 안전수명곡선(safe S-N curve)을 기준으로 106 사이클에서 피로파괴를 유발하도록 하는 시험하중이며, 블레이드 시편에 시험하중이 정상적으로 부가되는지의 여부와 시험데이터 획득에 문제가 없음을 확인하는데 목적이 있다. 또한 2단계 시험하중은 구조적 안전여유가 최소인 부위에 사용되는 복합소재의 평균수명곡선(mean S-N curve)을 기준으로 106사이클에서 피로파괴를 유발하도록 하는 시험하중이다.
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