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최적설계 및 다중공정을 적용한 일체형 접이식 복합재료 날개 개발 연구

A Study on the Development of Integrated Folding Composite Wing Using Optimal Design and Multiple Processes

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.3, 2018년, pp.70 - 78  

이종천 (국방과학연구소 제7기술연구본부)

초록
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탄소섬유 복합재료를 적용하는 일체형 접이식 날개 개발에 대한 연구를 수행하였다. 설계 요구조건을 검토하고 상용 소프트웨어를 적용한 최적설계기법을 통해 복합재료 날개 설계를 실시하였다. 복합재료 제조공정인 핫프레스, 펄트루전, 오토클레이브를 평가하고 성능과 비용을 고려하여 일체형 날개제작에 가장 적합한 다중공정을 결정하였다. 설계개념 확정을 위해 두 차례의 설계개발시험으로 제작공정을 검증하고 구조해석을 통해 복합재료 날개의 강성과 강도를 예측하였다. 시험하중을 먼저 산출하고 양쪽 날개를 대상으로 설계제한하중과 설계극한하중에 대한 정하중 구조시험을 수행하였다. 그 결과, 시험의 각 평가기준을 만족하였으며 일련의 구조해석과 시험을 통해 구조안전성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research was carried out to develop an integrated folding wing made from carbon composite materials. Design requirements were reviewed and composite wing sizing was conducted using design optimization with commercial software. Three composite manufacturing processes including hot-press, pultrus...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 탄소섬유 복합재료를 적용하고 최적설계와 다중공정을 활용하는 일체형 접이식 날개 개발에 대한 연구결과를 기술하였다. 먼저 구조설계 요구조건과 기능을 검토하여 설계기준을 설정하였다.
  • 설계최적화는 구조해석과 동일하게 소재강도와 좌굴을 기준으로 수행되며 중량과 제작성으로 최적화의 결과를 평가한다. 즉 설계최적화는 해석의 안전여유(MS, Margin of Safety)가 양수이면서 동시에 최소중량을 갖는 설계결과 산출을 목적으로 한다. 그리고 설계결과의 제작성을 정량적으로 평가한다.
  • 탄소섬유 복합재료를 적용한 일체형 접이식 복합재료 날개 개발에 대한 연구를 수행하였다.

가설 설정

  • 스킨의 물성으로 1-방향과 2-방향 라미나 물성을 2차원 직교이방성으로 입력하였다. 피벗마운트 물성입력을 위해 2-방향과 3-방향 물성이 유사하다고 가정하여 3-방향 라미나 물성을 추산하였다. 그 물성과 MSC/Patran을 활용하여 3차원 라미네이트 물성을 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄소섬유 복합재료의 특징은 무엇인가? 탄소섬유 복합재료는 금속재료와 비교하여 비강성과 비강도가 매우 크고 피로특성과 내식성이 우수한 것이 특징이다. 따라서 경량화가 요구되는 비행체 구조에서 탄소섬유 복합재료가 차지하는 비율이 지속적으로 증가하고 있는 것이 세계적인 추세이다[1].
오토클레이브의 장점은 무엇인가? 오토클레이브는 상대적으로 복잡한 형상의 구현이 가능하고 물성이 가장 우수한 공정이며 국내에서 많은 경험과 기술을 보유하고 있는 것이 장점이다. 하지만 금형과 제작공수로 인하여 비용 면에서 가장 불리한 것이 단점이다.
오토클레이브의 단점은 무엇인가? 오토클레이브는 상대적으로 복잡한 형상의 구현이 가능하고 물성이 가장 우수한 공정이며 국내에서 많은 경험과 기술을 보유하고 있는 것이 장점이다. 하지만 금형과 제작공수로 인하여 비용 면에서 가장 불리한 것이 단점이다.
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참고문헌 (6)

  1. D. Nam, Y. Lee, Y. Cho, H. Jung and J. Lee, "Design allowable prediction of composite laminates using statistical method and finite element analysis," J. Korean Soc. Precis. Eng., vol. 34, no. 9, pp. 627-631, September 2017. 

  2. Y. Yang, J. Kwon, J. Kim and S. Lee, "A Study on Manufacturing Methods of Cocuring Composite Wings of Solar-Powered UAV," Journal of The Society for Aerospace System Engineering, vol. 10, no. 1, pp. 43-50, March, 2016. 

  3. HyperSizer User's Manual, https://hypersizer.com 

  4. J. Lee, Y. Joo and C. Cho, "Optimization study of composite structure considering manufacturability," Proc. of Advances in Structural Health Management and Composite Structures 2014, August 2014. 

  5. Y. Joo, O. Jun, K. Byun, C. Cho and J. Han, "A study on manufacture of integrated composite wing with high aspect ratio," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 41, no. 2, pp. 127-133, February 2013. 

  6. Y. Joo, W. Jun, K. Byun, and C. Cho, "A development of pivoting composite wing for mount kit," Journal of the KIMST, vol. 16, no. 4, pp. 486-492, August 2013. 

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