[논문]수출형 기본 훈련기에 대한 기체구조물 내구성 입증

박태규; 박정규; 문창오

doi:10.20910/jase.2015.9.2.019

수출형 기본 훈련기에 대한 기체구조물 내구성 입증
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항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.9 no.2, 2015년, pp.19 - 24

박태규 (한국항공우주산업(주)) , 박정규 (한국항공우주산업(주)) , 문창오 (한국항공우주산업(주))

Abstract ▼ AI-Helper

Export basic trainer was designed to add armed configuration required by customer. Design configuration of main wing was changed to satisfy changed internal load caused by armed configuration. It was verified that design changed main wing airframe of export basic trainer satisfy the requirement through the structural detail analysis, structural ground test and flight test. This paper presents the durability test procensure and test result for the main wing of export basic trainer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

무장 형상으로 인한 하중변경과 중량감소를 위해 주익 형상이 변경되었으며 설계 변경된 주익 및 수출형 기본훈련기는 구조해석, 구조시험 그리고 비행시험을 통해 요구도를 만족함을 입증하였다[1][3]. 본 논문은 수출형 기본훈련기 주익에 대한 내구성시험 하중생성 방법과 시험절차 그리고 시험결과에 대해서 소개하였다.
Spectrum Load 크기까지 잔류강도시험을 수행하였다. 본 시험의 목적은 무장형상에 대한 내구수명 및 잔류강도 만족 여부였다. 따라서 Fig.

제안 방법

Critical한 위치에 Strain Gage를 부착하였지만 모든 영역에 부착할 수 없기 때문에 육안검사와 Fig. 9 와 같이 비파괴검사를 주기적으로 수행하였다. 시험이 종료될때까지 주구조물에 결함은 발견되지 않았다.
2배수 내구성시험 완료 후 120% Max. Spectrum Load 크기까지 잔류강도시험을 수행하였다. 본 시험의 목적은 무장형상에 대한 내구수명 및 잔류강도 만족 여부였다.
주익이 고정 프레임에 연결된 상태에서 주익을 Cradle로 감싼 후 Actuator를 연결시켰으며 MLG Dummy와 Pylon Dummy도 주익에 고정한 후 Actuator를 연결하였다. Wing Cradle과 MLG, Pylon Dummy는 Actuator로 무게 보상을 해주었고 MLG 축방향 Actuator는 Count Balance 시스템을 이용하여 무게를 보상시켰다. 그리고 스트레인게이지와 변위게이지를 주요 하중 경로에 부착하여 시험체 이상유무를 모니터링 하였다.
계속감항성(Continued Airworthiness)을 보장하기 위해 FFC(Fatigue and Fracture Critical) Part, 구조 시험 중에 접근 불가능한 영역, 그리고 시험 중 의심스러운 영역에 대하여 구조 건전성을 확인하기 위하여 모든 구조시험을 완료한 후 Fig.12와 같이 주요구조물을 분리하였다. 분리 후 각 파트에 대하여 Fig.
Wing Cradle과 MLG, Pylon Dummy는 Actuator로 무게 보상을 해주었고 MLG 축방향 Actuator는 Count Balance 시스템을 이용하여 무게를 보상시켰다. 그리고 스트레인게이지와 변위게이지를 주요 하중 경로에 부착하여 시험체 이상유무를 모니터링 하였다.
내구성 시험 중에는 Fig. 8과 같이 주요하중 경로에 부착된 Strain Gage에 대하여 Critical한 하중조건들의 Trend를 매 Block별 지속적으로 모니터링 하였다. 모니터링을 통하여 시험체 강도저하 유무를 확인하여 시험체 안전을 보장하면서 시험을 진행하였다.
내구성시험 착수 전 Strain Survey Test에서 Critical한 하중 조건에 대해서 최대스펙트럼하중의 50%수준의 하중을 부가한 후 Fig. 6과 같이 해석결과와 시험결과를 비교하였다. Test Set-up 및 Strain Gage상태가 이상이 없음을 확인한 후 내구성시험이 착수 되었다.
4와 같이 설계제한하중 정하중시험, 2배 수 내구성시험, 마지막으로 설계극한하중(Design Ultimate Load) 정하중시험 순으로 수행되었다. 내구성시험은 Strain Survey후 2배수 스펙트럼 하중시험 그리고 120% 최대스펙트럼하중(Max. Spectrum Load)에 대한 잔류강도 시험(Residual Strength Test)순서로 수행하였다. 시험 중 구조물에 손상이 있는지 확인하기 위하여 육안검사와 비파괴 검사를 주기적으로 수행하였고 모든 시험이 완료된 후 시험 중 접근이 어렵거나 검사가 불가능한 영역에 대하여 Fig.
내구성해석 및 손상허용해석결과 수명이 가장 Critical한 곳 그리고 Main Spar, Rear Spar, MLG Beam, Pylon Attach Fitting과 같은 주요 하중을 지지하는 부재에 대해서 Truncation/ Clipping을 수행하였으며 수행 전후의 수명해석결과가 Table 2와 같이 크게 차이가 나지 않도록(±5%) 시험 스펙트럼 하중을 생성시켰다.
본 시험의 목적은 무장형상에 대한 내구수명 및 잔류강도 만족 여부였다. 따라서 Fig. 10과 같이 Pylon부위에 가장 Critical한 하중조건에 대하여 잔류강도 시험을 수행하 였다. Fig.
또한 Actuator가 정상적으로 작동하는지 확인하기 위하여 전체 시험하중조건에 대하여 입력하중과 Road Cell에서 나오는 응답하중을 Fig.7과 같이 비교하였다. Road Cell 용량 ±2%내 오차 범위 내에서 시험이 정상적으로 수행되었다.
따라서 주요 구조물에 대한 설계수명과 잔류강도 요구도가 입증되었다. 또한 Critical부위에 대한 검사방법과 해석에 대한 신뢰성을 확보하였다.
모니터링을 통하여 시험체 강도저하 유무를 확인하여 시험체 안전을 보장하면서 시험을 진행하였다. 또한 이상거동을 보이는 Strain Gage는 주변을 검사하여 시험체 이상 유무를 확인하면서 시험을 진행하였다.
8과 같이 주요하중 경로에 부착된 Strain Gage에 대하여 Critical한 하중조건들의 Trend를 매 Block별 지속적으로 모니터링 하였다. 모니터링을 통하여 시험체 강도저하 유무를 확인하여 시험체 안전을 보장하면서 시험을 진행하였다. 또한 이상거동을 보이는 Strain Gage는 주변을 검사하여 시험체 이상 유무를 확인하면서 시험을 진행하였다.
12와 같이 주요구조물을 분리하였다. 분리 후 각 파트에 대하여 Fig.13와 같이 와전류검사(ECI), 자분탐상검사(MPI) 수행하였다. 검사결과 구조물에 결함은 발견되지 않았다.
수출형 기본훈련기는 고객의 요구에 따라 기본훈련기에 무장 형상을 추가하여 설계되었다. 무장 형상으로 인한 하중변경과 중량감소를 위해 주익 형상이 변경되었으며 설계 변경된 주익 및 수출형 기본훈련기는 구조해석, 구조시험 그리고 비행시험을 통해 요구도를 만족함을 입증하였다[1][3].
Spectrum Load)에 대한 잔류강도 시험(Residual Strength Test)순서로 수행하였다. 시험 중 구조물에 손상이 있는지 확인하기 위하여 육안검사와 비파괴 검사를 주기적으로 수행하였고 모든 시험이 완료된 후 시험 중 접근이 어렵거나 검사가 불가능한 영역에 대하여 Fig.12 와 같이 시험체를 완전 분해하여 검사(Teardown Inspection)하였다.
전체 시스템을 Test Fixture안에 설치하였다. 주익을 중앙 고정 프레임위에 Pick Up Bolt로 연결시켰고 동체강성을 모사할 수 있도록 설계하였다. 주익이 고정 프레임에 연결된 상태에서 주익을 Cradle로 감싼 후 Actuator를 연결시켰으며 MLG Dummy와 Pylon Dummy도 주익에 고정한 후 Actuator를 연결하였다.
주익을 중앙 고정 프레임위에 Pick Up Bolt로 연결시켰고 동체강성을 모사할 수 있도록 설계하였다. 주익이 고정 프레임에 연결된 상태에서 주익을 Cradle로 감싼 후 Actuator를 연결시켰으며 MLG Dummy와 Pylon Dummy도 주익에 고정한 후 Actuator를 연결하였다. Wing Cradle과 MLG, Pylon Dummy는 Actuator로 무게 보상을 해주었고 MLG 축방향 Actuator는 Count Balance 시스템을 이용하여 무게를 보상시켰다.

대상 데이터

본 수출형 기본훈련기 주익 구조시험은 정하중 시험과 내구성시험을 한 시험체로 수행하였다. 이전 시리즈 항공기에 대한 구조해석, 시험평가 정보가 충분했기 때문에 도전적으로 추진할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수출형 기본훈련기의 스펙트럼은 어떤 기준을 만족시켜야 하는가?	수출형 기본훈련기의 스펙트럼은 사용자의 운용계획과 MIL-A-008866B[2]에서 정의하는 각종 임무와 하중 빈도수를 만족할 수 있도록 생성되었다. Table 1은 수출형 기본훈련기의 운용계획으로 요구된 비행시간 기준으로 1Block을 정의하였으며 총 10Block으로 구성되었다.
	내구성시험 하중 생성 첫 번째 과정인 Truncation/ Clipping 과정을 수행하는 이유는 무엇인가?	내구성시험 하중 생성 첫 번째 과정은 Truncation/ Clipping 과정이다. 설계 스펙트럼은 하중 수가 많기 때문에 시험일정을 고려하면 그대로 내구성시험에 적용 할 수가 없다. 따라서 시험하중 수를 줄일 수 있도록 수명에 영향을 주지 않는 낮은 하중수준의 스펙트럼 하중을 제거하는 Truncation/ Clipping과정을 거친다. 내구성해석 및 손상허용해석결과 수명이 가장 Critical한 곳 그리고 Main Spar, Rear Spar, MLG Beam, Pylon Attach Fitting과 같은 주요 하중을 지지하는 부재에 대해서 Truncation/ Clipping을 수행하였으며 수행 전후의 수명해석결과가 Table 2와 같이 크게 차이가 나지 않도록(±5%) 시험 스펙트럼 하중을 생성시켰다.
	내구성시험 하중 생성 중 Truncation/ Clipping을 수행해야 하는 부분은 어디인가?	따라서 시험하중 수를 줄일 수 있도록 수명에 영향을 주지 않는 낮은 하중수준의 스펙트럼 하중을 제거하는 Truncation/ Clipping과정을 거친다. 내구성해석 및 손상허용해석결과 수명이 가장 Critical한 곳 그리고 Main Spar, Rear Spar, MLG Beam, Pylon Attach Fitting과 같은 주요 하중을 지지하는 부재에 대해서 Truncation/ Clipping을 수행하였으며 수행 전후의 수명해석결과가 Table 2와 같이 크게 차이가 나지 않도록(±5%) 시험 스펙트럼 하중을 생성시켰다.

참고문헌 (5)

14 CFR Part 23, Airworthiness standards: Normal, utility, acrobatic, and commuter category airplanes
MIL-A-008866B, Airplane Strength And Rigidity, Reliability Requirements, Repeated Loads and Fatigue
KT1P-KAI-TD-STR-029, Durability Test Evaluation Report for KT-1P Wing
ASDC-501-981453, KTX-1 Wing Fatigue Analysis Procedure
85PP0602, T-50 Airframe Durability Test Plan

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