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조류충돌 해석을 통한 헬리콥터 복합재 로터 블레이드 구조 건전성 평가
Structural Integrity Assessment of Helicopter Composite Rotor Blade by Analyzing Bird-strike Resistance 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.8, 2019년, pp.8 - 14  

박제홍 (한서대학교 항공전자공학과) ,  장준환 (유한대학교 기계공학과 기계설계전공)

초록
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조류 충돌은 항공 운항에서 안전에 관한 가장 중요한 설계 요인이며 고정익 및 회전익 항공기에 심각한 손상을 가하는 원인 중 하나로 분류된다. 본 연구를 통해 조류 충돌 과정을 오일러-라그랑지안 기법을 적용하여 헬리콥터에 장착된 복합재 블레이드의 응답을 MSC.DYTRAN 소프트웨어로 모사하였다. 임의의 라그랑지안 오일러리안(ALE) 방법과 적절한 상태 방정식을 선정하여 조류 모델링에 적용하여 복합재로 구성된 로터 블레이드의 앞전의 조류충돌 구조 건전성을 입증하였다. 조류충돌 해석을 적용하기 위해서 블레이드 앞전 물성치와 조류의 강도와 물성의 차이가 크기 때문에, 충돌 후 조류의 파편을 유체로 가정하여 Euler 요소로 적용하였다. 조류충돌 해석을 통해 설계된 로터 블레이드의 앞전 구조는 조류 충돌에 대해 새의 크기(50.8mm)를 적용하여 TSAI-FILL 파괴기준으로 1.18의 여유마진을 확인하였다. 복합재 블레이드의 조류충돌 해석 결과는 충분히 신뢰성을 가진 것으로 평가되며 다양한 해석조건으로 시험을 대체할 것으로 평가할 수 있다. 향후 제시된 방법으로 다양한 하중 조건, 다양한 조류 모델링을 적용하여 로터 블레이드의 구조 안정성을 평가할 수 있다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Bird-strike is one of the most important design factors for safety in the aviation industry. Bird-strikes have been the cause of significant damage to aircraft and rotorcraft structures and the loss of life. This study used DYTRAN software to simulate the transient response of an Euler-Lagrangian co...

주제어

#Bird-Strike   #Rotor Blade   #Composite Material   #Non-Linear Impact Analysis   #Dytran   #Helicopter  

표/그림 (14)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 복합재로 구성된 로터 블레이드의 실제 구조물을 모사하여 블레이드의 앞전에 조류를 충돌시켜 구조물의 파단 여부를 확인하였다.
  • 일반적으로 ALE 방정식을 계산하기 위한 2가지 방식이 있다. 첫째，완전 결합된 ALE 방정식을 계산하는 것이다. 해당 방법의 단점은 한 개의 요소에서 단일 재료에 대해서만 계산할 수 있다는 점이다.

가설 설정

  • 2) 방출 과정, 주변에 위치한 조류 입자들이 방사상의로 방출한다.
  • 3) 정상유동 과정, 조류 입자들이 고정된 유선 방향으로 흐른다.
  • 4) 충격 종결, 모든 조류 입자들이 타켓 표면으로 도달하고 압력은 0으로 떨어진다.
  • 해당 방법의 단점은 한 개의 요소에서 단일 재료에 대해서만 계산할 수 있다는 점이다. 둘째, 각 계산 단계를 두개의 연속된 상태로 나누는 것이다. 해당 방법에서, 재료와 mesh가 함께 음직이는 Lagrangian 단계를 우선 수행하고 Lagrangian 영역에서 참조 영역으로 맵핑된 결과를 계산하는 두번째 단계를 수행한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조류 충돌해석을 수행하기 위해 필요한 것은? 조류 충돌해석을 수행하기 위해 조류의 크기, 질량, 밀도의 설정이 필요하다. 경제적인 해석결과를 추출하기 위해서 로터 블레이드의 적절한 충돌위치도 설정되어야 한다.
조류충돌에 대한 검증 요건을 항공기 업체들은 어떻게 해결하려고 하나? 항공기의 안전을 위협하는 조류충돌은 1세기 이상 동안 발생하고 있으며, 항공기 개발에 조류충돌에 대한 검증은 필수 단계가 되고 있다. 이러한 검증 요건을 해결하기 위해 많은 항공기 제조업체들은 제품 개발 분야에서 시뮬레이션 기술로 눈을 돌리고 있다. Fig.
조류충돌과 항공기 안전의 관계는? 항공기는 안전하게 비행할 수 있도록 설계하고 제작해야 하며 조류 충돌과 같은 내부 또는 외부 요인이 안전 운항을 방해할 수 있는 상황에서 생존해야 한다. 항공기의 안전을 위협하는 조류충돌은 1세기 이상 동안 발생하고 있으며, 항공기 개발에 조류충돌에 대한 검증은 필수 단계가 되고 있다. 이러한 검증 요건을 해결하기 위해 많은 항공기 제조업체들은 제품 개발 분야에서 시뮬레이션 기술로 눈을 돌리고 있다.
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