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제안 방법
- 6에 도식하였다. 0.75h flight marker 이전에는 장주비행이, 1.5h flight marker 이전에는 제한지 이착륙이, Landing marker 이전에는 산정이착륙 실시되고 있음을 고도변화를 통해 실시했다. 또한 Landing marker 바로 전 고도가 급격히 강하하는 것은 자동 활공을 묘사한 것이다.
- MPC를 이용하여 스파의 Z방향 한쪽 끝 6자유도를 모두 구속하고 면의 가장자리(타원형 edge)에 체결하였다. 지상하중에 의한 로터 특정부위(55.
- 기동형 헬리콥터 블레이드용 하중 스펙트럼을 산출하고 티타늄 합금 재질을 상용 피로해석 툴을 사용해 피로해석을 실시하고, 설계 수명 시간을 만족시키기 위한 수정계수를 적용해 하중 스펙트럼을 산출하였다.
- 헬리콥터를 운용하기 위한 안전 목적상 피로수명을 예측할 수 있는 프로그램이 반드시 필요하며 이는 각국의 항공 규정에도 명시되어 있다. 본 연구에서는 관절형 로터 시스템 헬리콥터 블레이드를 위한 피로하중 스펙트럼을 산출하고 산출된 하중 스펙트럼을 상용 피로해석 툴로 피로해석을 실시하였다. 그 이유는 한국형 헬기 사업으로 진행되고 있는 소형 기동 헬기가 관절형 로터 시스템을 채택하였기 때문이다.
- 사격전에 헬기는 무장패드에서 대기하다가 사격 순서가 되면 표적 앞 사격 패드 상공까지 이동 후 사격을 실시하게 된다. 사격 기동은 프로그램을 효율적으로 작성하기 위하여 결합된 기동(combined manoeuvre)테이블을 이용하여 반복기동을 표현하였으며, 여기에 무장패드와 사격패드 상공까지의 이동을 더하여 Fig.8과 같은 시나리오를 구성하였다.
- 생성된 하중 스펙트럼을 피로 해석 상용 툴인 MSC/Fatigue를 이용하여 피로해석을 실시하였다. 해석을 위한 하중 집계법은 레인 플로우법(6) 을 이용하였으며 Fig.
- 그 이유는 한국형 헬기 사업으로 진행되고 있는 소형 기동 헬기가 관절형 로터 시스템을 채택하였기 때문이다. 소형 기동헬기의 임무 도출과 그에 따른 임무 시나리오 구성 및 임무별 하중 스펙트럼 생성과 블록하중을 구성하여 하중 스펙트럼을 산출할 것이며 그에 따라 피로해석을 최종적으로 실시하였다.
- 지상 하중 상태에서 작용하는 응력을 비교해 구성품별 수정계수를 구하기 위해 블레이드 스파를 MSC/ Patran 과 Nastran을 이용해 모델링과 정해석을 실시하였다. 블레이드 스파 모델링은 관절형 로터 시스템이면서 4개의 블레이드를 가지고 있는 미국 시콜스키사의 UH-60 로터 블레이드를 참고 하였다.
- 9에서 임무별 시나리오 작성은 시간에 따른 위치별 기동형태에 따라 구성했고, 단거리, 중거리, 장거리 임무의 모든 소티는 1회의 이륙과 착륙요소로 구성하였다. 하중 매트릭스는 Helix의 것을 사용하였고 기존의 코드는 4가지 임무로 한정되어 있기 때문에 이를 8가지로 확장된 상태에서도 실행이 가능하도록 일부를 수정하였다. Table 1에서 교번응력 반복수(Matrix applications)의 적용근거는 Helix의 4가지 임무(훈련, 운송, 대잠수함전, 탐색 및 구조) 시나리오에 근거한 것이다.
- 하중 스펙트럼을 구성하기 위해서 기동헬리콥터의 임무를 분석하고 20여 가지의 기동형태가 비슷한 것끼리 재분류하여 앞서 임무정의에서 제시한 8가지 임무로 압축하였다.
- 하중이 작아 무한수명이 나와 설계조건을 만족시키는 범위를 알아보기 위해 수정계수를 적용해 보았다. 로터 블레이드의 설계 수명이 10,000 시간이므로 103 하중블럭 이상의 피로 하중을 견뎌야 하며 이에 따른 응력스펙트럼 수정계수는 7.
대상 데이터
- 블레이드 스파 모델링은 관절형 로터 시스템이면서 4개의 블레이드를 가지고 있는 미국 시콜스키사의 UH-60 로터 블레이드를 참고 하였다. 로터형상은 Fig. 12와 같으며 SC1095 에어포일 형상을 기초로 하중을 담당하는 스파(Spar)만을 모델링하였다. 로터 블레이드 1개의 무게 295Kgf (650 lb)이고, 스파는 티타늄 합금으로 되어 있다.
- 티타늄 합금의 물성 값은 Table 4와 같다. 모델링은 2차원 요소인 Shell을 이용하였으며 유한요소 모델은 Fig.13과 같다.
- 지상 하중 상태에서 작용하는 응력을 비교해 구성품별 수정계수를 구하기 위해 블레이드 스파를 MSC/ Patran 과 Nastran을 이용해 모델링과 정해석을 실시하였다. 블레이드 스파 모델링은 관절형 로터 시스템이면서 4개의 블레이드를 가지고 있는 미국 시콜스키사의 UH-60 로터 블레이드를 참고 하였다. 로터형상은 Fig.
- 플랩방향 앞부분 호의 직경은 44mm이고 뒷부분 호의 직경은 50mm이다. 스파의 두께는 7.6mm 이며 로터 한 개의 길이는 8,131mm이다. 계산의 의한 스파의 자중은 106Kg 이었다.
이론/모형
- 생성된 하중 스펙트럼을 피로 해석 상용 툴인 MSC/Fatigue를 이용하여 피로해석을 실시하였다. 해석을 위한 하중 집계법은 레인 플로우법(6) 을 이용하였으며 Fig. 17에서 하중은 응력진폭은 70, 평균응력은 60 부근에서 높은 값을 나타내고 있다.
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