[논문]엔진 및 프로펠러 가진에 의한 위그선 복합재 날개 진동 해석

공창덕; 윤재휘; 박현범

문제 정의

따라서 위그선의 다양한 환경에서의 진동 특성을 설계단계에서 미리 파악하여 진동 문제에 대한 안전성을 확보하는 것은 매우 중요한 과제라 할 수 있겠다. 본 연구에서는 대상체인 소형 위그선의 주날개 구조를 엔진 및 프로펠러의 기진에 의한 강제진동 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 소형 위그선 주날개에 대한 진동 거동 해석을 수행 후 그 특성을 살펴보았다. 고유진동수 해석에서는 사이드 헐이 없는 경우와 사이드헐이 있는 경우의 2가지를 고려하였는데 두 경우 모두 약 3Hz 이하의 낮은 고유진동수와 국부적인 변위가 발생함을 확인하였다.

가설 설정

강제진동응답을 해석하기 위한 엔진 모델링은 엔진을 강체로 가정하여 RBE2 요소를 적용하여 수행하였다. 해석 수행을 위한 날개의 요소는 55, 964 요소로 모델링 되었고, 강제진동응답 측정 위치는 엔진 마운트[절점번호 58021]부위, 윙팁[절점번호 275473], 스트러트[절점번호 277930], 그리고 연료에 의한 슬로싱[sighing] 문제와 직결될 수 있는 연료탱크 부위[절점번호 38030, 절점번호 37829]를 측정점으로 선정하였다.

제안 방법

3.3 과도응답 해석 결과

과도응답해석은 엔진의 최대 회전수인 6000rpm에서 프로펠러가 1회전 하는데 걸리는시간을 고려하여 시간 스텝을 0.01 초로 하고 0.5초 동안의 응답을 해석하였다. 해석 결과 속도별 과도응답에 따른 변위는 크지 않았고 대부분의 경우 진동양상은 비슷한 경향을 보였으나 이수속도인 80km/h에서의 응답은 나머지 초기속도, 순항속도, 최고속도의 경우와는 다른 응답특성이 나타났다.
기진력중 엔진자체에 의한 것은 엔진 회전수가 Orpm에서 최대 회전수인 6000rpm 까지의 기진력들을 고려하였고 프로펠러에 의해 진동을 수반하는 기진 추력은 다음과 같은 식을 이용하여 적용하였다.
주날개의 주파수응답 및 과도응답 해석을 위해서는 고유진동수 해석이 선행되어야 하며 본 연구에서는 사이드헐(Sidehull)이 장착되지 않은 경우와 장착된 경우의 2가지 경우를 고려하여 고유진동수해석을 수행하였다. 사이드 헐 (Sidehull)o] 장착된 경우는 사이드헐(Sidehull)의 스트러트(Strut)까지 추가되어 질량의 증가로 인해 고유진동수가 다소 낮게 해석되었으며, 각 경우에 대해 모우드별 고유진동수 해석 결과는 Fig.
주파수응답해석은 엔진의 전형적 진동양상인 H-Mode와 X-Mode에 대해서 가진력은 공진가능성만을 확인하기 위한 것으로 각각 회전축에 대해 횡방향 단위하중과 수직축에 대한 단위 회전모멘트를 적용하였고, 가진 주파수는 엔진 회전수의 3배까지 고려하여 최저 0Hz부터 300Hz까지 해석하였다. 분석결과 H-Mode 와 X-Mode 모두 고유진동수 범위인 3Hz 이하에서 Peak점이 발생하였고, 특히 X-Mode의 경우는 50Hz 부근에서 피크(Peak)점이 한번 더 나타남으로서 공진 가능성을 확인하였다.
P는 구동마력, % 는 프로펠러 효율 계수, V는 비행속도이다[3]. 추력은 비행 속도별로 적용하였고, 이때 각 경우의 비행속도는 각각 최초 10km/h 부터 이수속도[80㎞/h], 순항속eh[110㎞/h(I.G.E), 120㎞/h(O.G.E)], 최고속도 [130km/h] 를 적용하였으며, 프로펠러 회전시 가진 진동수는 엔진 회전수에 프로펠러블레이드 수를 곱하여 적용하였다. 비행 속도별엔진 추력, 마력, 회전수는 Table 1과 같고, 한쪽 날개만을 고려하였다.
확인하는 것이 중요하다[6]. 해석방법에는 직접 해석법 (Direct Method)과 모달 해석법 (Modal Method)이 있는데 본 연구에서는 구조물의 특성상 모달 해석법을 이용하여 과도응답해석을 수행하였다. 외력을 받는 구조물의 구조감쇠 운동방정식은 식(6)과 같다.

대상 데이터

본 연구를 위한 대상 위그선은 10인 이하의 소형 시험선으로서 전체형상은 Fig. 1과 같다. 주익은 지면효과를 높이기 위해 날개가 항공기에 비해 상대적으로 크며 델타(Delta)형을 하고 있다.
해석 수행을 위한 날개의 요소는 55, 964 요소로 모델링 되었고, 강제진동응답 측정 위치는 엔진 마운트[절점번호 58021]부위, 윙팁[절점번호 275473], 스트러트[절점번호 277930], 그리고 연료에 의한 슬로싱[sighing] 문제와 직결될 수 있는 연료탱크 부위[절점번호 38030, 절점번호 37829]를 측정점으로 선정하였다.

성능/효과

살펴보았다. 고유진동수 해석에서는 사이드 헐이 없는 경우와 사이드헐이 있는 경우의 2가지를 고려하였는데 두 경우 모두 약 3Hz 이하의 낮은 고유진동수와 국부적인 변위가 발생함을 확인하였다. 주파수응답해석은 엔진의 H-Mode 와 X-Mode 의두 경우를 고려하였으며 모두 가iz 부근에서 공진 가능성이 있으나 실제 엔진 또는 프로펠러에 의한 가진주파수는 50Hz ~ 100Hz 이므로 이에 의한 공진은 일어나지 않을 것으로 생각된다.
그러나 X-Mode의 경우에는 50Hz 부근에서 피크점이한번 더 발생함으로써 최초 10km/h 이하의 속도로 활주 운행시 엔진의 회전에 의한 공진 가능성이 있음을 확인하였다. 과도응답해석은 속도별로 6가지 경우를 고려하여 해석 하였으며 초기속도와 순항속도, 최고속도에서의 응답은 거의 유사한 특성을 보였으나 이수속도에서의 응답은 상대적으로 다른 특성을 보였다. 이처럼 소형위그선의 주날개에 대한 강제진동응답 특성을 살펴보았는데, 주날개 한쪽에 대한 응답의 결과는 50Hz 부근에서 공진 가능성을 확인하여 이에 대한 개조설계 또는 방진장치 추가 등의 고려가 있어야 할 것으로 판단된다.
주파수응답해석은 엔진의 H-Mode 와 X-Mode 의두 경우를 고려하였으며 모두 가iz 부근에서 공진 가능성이 있으나 실제 엔진 또는 프로펠러에 의한 가진주파수는 50Hz ~ 100Hz 이므로 이에 의한 공진은 일어나지 않을 것으로 생각된다. 그러나 X-Mode의 경우에는 50Hz 부근에서 피크점이한번 더 발생함으로써 최초 10km/h 이하의 속도로 활주 운행시 엔진의 회전에 의한 공진 가능성이 있음을 확인하였다. 과도응답해석은 속도별로 6가지 경우를 고려하여 해석 하였으며 초기속도와 순항속도, 최고속도에서의 응답은 거의 유사한 특성을 보였으나 이수속도에서의 응답은 상대적으로 다른 특성을 보였다.
해석하였다. 분석결과 H-Mode 와 X-Mode 모두 고유진동수 범위인 3Hz 이하에서 Peak점이 발생하였고, 특히 X-Mode의 경우는 50Hz 부근에서 피크(Peak)점이 한번 더 나타남으로서 공진 가능성을 확인하였다. 300Hz까지의 X-Mode 와 H-Mode의 그래프는 Fig.
5초 동안의 응답을 해석하였다. 해석 결과 속도별 과도응답에 따른 변위는 크지 않았고 대부분의 경우 진동양상은 비슷한 경향을 보였으나 이수속도인 80km/h에서의 응답은 나머지 초기속도, 순항속도, 최고속도의 경우와는 다른 응답특성이 나타났다. Figure5 ~ 6은 이수속도와 최고속도에 대한 z-방향 변위응답곡선을 나타낸 것이고, Figure 7 ~ 8은 z-방향 가속도 성분을 나타낸 것인데, z-방향 가속도 성분에서 엔진마운트와 가까운 연료탱크 부위는 가속도 성분이 매우 큰 반면 반대쪽 연료탱크 부위는 가속도 성분이 매우 작음을 확인할 수 있었다.

후속연구

의 공기 흐름 속도가 감소하는 현상에 의해 양력이 증가하는 원리인 지면효과(Wing-In-Ground Effect)를 이용하여 항공기에 비해 탑재 중량을 증가 시킬 수 있어 효율적이면서 신속하게 이동시킬 수 있다. 위그선은 해상에서의 운송시간과 비용을 획기적으로 절감할 수 있기 때문에 향후 군수시장에서의 점유율이 높아질 것으로 예상된다.
과도응답해석은 속도별로 6가지 경우를 고려하여 해석 하였으며 초기속도와 순항속도, 최고속도에서의 응답은 거의 유사한 특성을 보였으나 이수속도에서의 응답은 상대적으로 다른 특성을 보였다. 이처럼 소형위그선의 주날개에 대한 강제진동응답 특성을 살펴보았는데, 주날개 한쪽에 대한 응답의 결과는 50Hz 부근에서 공진 가능성을 확인하여 이에 대한 개조설계 또는 방진장치 추가 등의 고려가 있어야 할 것으로 판단된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

엔진 및 프로펠러 가진에 의한 위그선 복합재 날개 진동 해석
Investigation on Forced Vibration Behavior of Composite Main Wing Structure Excited by Engine and Propeller 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

3.3 과도응답 해석 결과

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

엔진 및 프로펠러 가진에 의한 위그선 복합재 날개 진동 해석 Investigation on Forced Vibration Behavior of Composite Main Wing Structure Excited by Engine and Propeller 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

3.3 과도응답 해석 결과

대상 데이터

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

엔진 및 프로펠러 가진에 의한 위그선 복합재 날개 진동 해석
Investigation on Forced Vibration Behavior of Composite Main Wing Structure Excited by Engine and Propeller 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper