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회전익항공기용 외부 보조연료탱크 충돌충격시험 수치해석
Numerical Analysis of Crash Impact Test for External Auxiliary Fuel Tank of Rotorcraft 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.3, 2017년, pp.724 - 729  

김현기 (한국항공우주연구원) ,  김성찬 (한국항공우주연구원)

초록
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회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나인 내충격성능은 충돌충격시험을 통해 검증된다. 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다. 따라서, 초기 설계단계부터 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행하여 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화 하려는 노력이 수행되어 왔다. 최근, 국내개발 회전익항공기의 항속거리를 증가시키기 위한 목적으로 외부 보조연료탱크 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 해당 외부 보조연료탱크의 내충격 성능의 검토를 위해 현재까지 진행되어 온 충돌충격시험에 대한 수치해석 결과를 제시하였다. 수치해석 방법으로는 유체-구조 연성해석 방법인 입자법을 적용하였고, 미군사규격에서 규정하고 있는 시험조건을 해석조건으로 반영하였다. 또한, 실물 연료탱크 소재의 시편시험을 통해 기 확보된 바 있는 물성데이타를 수치해석에 적용하였다. 그 결과로 연료탱크 외피 및 피팅 부위의 등가응력을 계산하고 내부 장착품의 거동과 작용 하중을 분석함으로써 외부 보조연료탱크의 내충격성 설계를 위한 데이터 확보 가능성을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The crashworthiness of the fuel tank of a rotorcraft is verified through the crash impact test. The crash impact test has a high risk of failure due to the application of an excessive load, which can seriously affect the overall development schedule of the aircraft. Therefore, a lot of effort has be...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 본문에서는 국내개발 회전익항공기의 항속거리 확장을 위한 외부 보조연료탱크(External Auxiliary Fuel Tank)의 충돌충격시험 수치해석을 수행하였다. 충돌전용 상용 소프트웨어인 LS-DYNA을 사용하여 유체-구조 연성을 고려한 입자법을 적용하였다.
  • 본 연구에서는 외부 보조연료탱크 세 종류의 설계 Concept에 대한 충돌충격시험 수치해석을 수행하였으며, 그 결과로 각 설계형상에 대해 파악된 주요 사항은 다음과 같다.

가설 설정

  • 그러나, 전산자원과 계산시간이 과도하게 소요되고 격자들의 변형이 심한 경우에는 유체-구조간의 접촉을 제대로 인지하지 못하여 구조물 외부로 유체의 누설이 발생할 가능성이 있다. 입자법은 유체가 라그랑지안 입자들로 구성되는데, 각 입자들은 일정 영역의 물성을 대표하는 것으로 가정하여 임의의 지점에서 가속도와 속도를 계산한다. 정밀한 유체모사를 위해 많은 수의 입자가 필요하다는 단점이 있으나, ALE에 비해 빠른 계산이 가능하다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
충돌충격시험이 실패 위험이 큰 이유는? 회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나인 내충격성능은 충돌충격시험을 통해 검증된다. 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다. 따라서, 초기 설계단계부터 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행하여 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화 하려는 노력이 수행되어 왔다.
회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나는? 회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나인 내충격성능은 충돌충격시험을 통해 검증된다. 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다.
회전익항공기용 연료탱크에서 내충격 요구조건을 위해 수행되고 있는 것은? 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다. 따라서, 초기 설계단계부터 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행하여 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화 하려는 노력이 수행되어 왔다. 최근, 국내개발 회전익항공기의 항속거리를 증가시키기 위한 목적으로 외부 보조연료탱크 개발이 진행되고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Hyun-Gi Kim, Sung Chan Kim, Jong-Won Lee, In-Hee Hwang, Jang Wook Hue, Dong Woo Shin, Pil Sun Jun, Tae Kyung Jung, Byung Kun Ha, "Assessment of crashworthiness performance for fuel tank of rotorcraft", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 38, no. 5, pp. 806-812, 2010. DOI: https://doi.org/10.5139/JKSAS.2010.38.5.477 

  2. Ugone, Mary L., "Meling, John E., Snider, Jack D., Gause, Neal J., Carey, Alice F., Acquisition: Fuel Cells of the V-22 Osprey Joint Advanced Vertical Aircraft", D-2003-013, 2002. 

  3. Hyun-Gi Kim, Sung Chan Kim, Jong Won Lee, In Hee Hwang, Kyung-Soo Kim, "Numerical Simulation of Crash Impact Test for Fuel Tank of Rotorcraft", Journal of Computational Structural Engineering Institute of Korea, vol. 24, no. 5, pp. 521-530, 2011. 

  4. Hyun-Gi Kim, Sung Chan Kim, Jong Won Lee, In Hee Hwang, "A Study on Configuration Optimization for Rotorcraft Fuel Cells Based on Neural Network", Journal of Computational Structural Engineering Institute of Korea, vol. 25, no. 1, pp. 51-56, 2012. DOI: https://doi.org/10.7734/COSEIK.2012.25.1.051 

  5. Cheng Luo, Hua Liu, Jia-ling Yang, "Simulation and analysis of crashworthiness of fuel tank for helicopters", Chinese journal of aeronautics, vol. 20, no. 3, pp. 230-235, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/S1000-9361(07)60037-5 

  6. U.S.Army Aviation and Missile Command, "Detail Specification for the Tank, Fuel, Crash-Resistant, Ballistic-Tolerant, Aircraft, MIL-DTL-27422D", 2007. 

  7. J.J. Monaghan, "Smoothed Particle Hydrodynamics", Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 30, pp. 543-574, 1992. DOI: https://doi.org/10.1146/annurev.astro.30.1.543 

  8. J.J. Monaghan, R.A. Gingold, "Shock Simulation by the Particle Method SPH", Journal of Computational Physics, vol. 52, no. 2, pp. 374-389, 1983. DOI: https://doi.org/10.1016/0021-9991(83)90036-0 

  9. Philipp Hahn, "On the Use of Meshless Methods in Acoustic Simulations", University of Wisconsin-Madison, Thesis of Master, 2009. 

  10. Hyun-Gi Kim, Sung Chan Kim, "Analysis of Crash Load in Crash Impact Test for Fuel Tank of Rotorcraft", Journal of the Korean Academia-Industrial Cooperation Society, vol. 16, no. 6, pp. 3736-3741, 2015. DOI: https://doi.org/10.5762/KAIS.2015.16.6.3736 

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