[논문]헬기용 연료탱크 Slosh & Vibration 인증시험

정태경; 장기원; 전필선; 하병근; 김성찬; 김현기; 이기천; 신동우

헬기용 연료탱크 Slosh & Vibration 인증시험
Slosh & Vibration Qualification Test for Fuel tank of Rotorcraft 원문보기

정태경 ((주)한화 항공우주기계연구소) , 장기원 ((주)한화 항공우주기계연구소) , 전필선 ((주)한화 항공우주기계연구소) , 하병근 ((주)한화 항공우주기계연구소) , 김성찬 (한국항공우주연구원 KHP 세부계통팀) , 김현기 (한국항공우주연구원 KHP 세부계통팀) , 이기천 (한국기계연구원) , 신동우 (국방과학연구소)

헬기의 급격한 기동은 연료탱크 내부연료의 출렁임 현상을 발생시키며 연료가 한쪽으로 쏠리는 경우에는 연료탱크 내부 구성품 및 장착부에 큰 하중을 가하게 된다. 이는 연료탱크의 손상(소재의 찢어짐 등) 및 내부 구성품 파손을 유발한다. 이는 항공기 조종사 및 승무원의 생존성 문제와 직결되는 사안으로써, 미 군사규격(MIL-DTL-27422D)에서는 Slosh & Vibration 인증시험을 통하여 연료탱크 및 내부 구성품 장착의 건전성을 검증하도록 규정하고 있다. 본 논문은 미 군사규격의 요구조건을 만족시키는 한국형 기동헬기 용으로 개발된 연료탱크의 Slosh & Vibration 시험설비 구축결과 및 연료탱크 Slosh & vibration 인증시험 결과를 제시한다.

Slosh and vibration effects of fuel inside of fuel tank can be occurred due to the acceleration and flight speed during the rotorcraft flight. It can lead to the failure of internal fuel component and fuel tank skin can be damaged. This is directly related to human survival. Military specification (MIL-DTL-27422D) specifies that stability of aircraft fuel tank and internal component against slosh &vibration load shall be verified through the qualification test procedures. This report shows the establishment of slosh and vibration test facility and KUH fuel tank qualification test result.

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문제 정의

본 논문은 한국형 기동헬기용으로 개발된 연료탱크의 Slosh & vibration 시험수행 결과를 제시하고 있다.
본 논문의 Slosh & vibration 시험은 연료탱크 인증시험 항목에 해당하며, 항공기 기동 시 연료 출렁임에 의한 연료탱크 및 내부 구성품 장착의 건전성을 검증하기 위한 시험이다.

제안 방법

Slosh & vibration 인증시험은 X,Y,Z 축에 대해 각각 9시간, 8시간, 8시간 수행되었고, 완료 후 slosh 시험만 15시간 추가로 수행한다.
Slosh & vibration 시험 및 가압시험 수행 후 연료탱크 누설여부, 연료탱크 자체 손상, 내부 구성품 파손여부에 대해 수행된다.
Slosh & vibration 시험 후 연료탱크 누설확인 위해 가압시험을 수행하며, 내부에 유체를 채우고 연료탱크 바닥에서 측정된 정상 수두의 1.5배 이상의 압력을 가한 후 30분 안정화 후 15분동안 압력변화를 기록한다.
또한, 항공기 구조물로부터 연료탱크를 분해한 후, 연료탱크 및 내부 구성품에 대한 이상여부를 검사하였으며, 구조적인 손상이나 변형이 없음을 확인하였다.(Fig.

성능/효과

또한, 이어진 가압시험 및 분해 후 육안검사를 통해서도 구조적인 변형이나 파손의 흔적이 없음을 확인하였다. 따라서 본 KUH 연료탱크는 항공기 운용 시 발생되는 내부유체의 출렁임 및 진동에 의한 연료탱크 안정성 및 내부 구성품 장착의 건전성이 검증되었다.
또한, Fig.10과 같이 온도조건(43.3±3℃) 에 대해서도 시험수행 동안 44℃가 잘 유지되고 있음을 확인할 수 있다.
또한, 시험규격에서 요구하는 가진 주파수는 2000rpm± 100rpm(약 33Hz ±1.7Hz) 및 진동 주파수, 진동폭이 만족하도록 가진 되었음을 확인할 수 있다.
시험체는 40시간의 Slosh & Vibration 시험 기간 동안 누유 또는 연료탱크의 손상, 부품 장착 부에서 이상 징후가 발견되지 않았다. 또한, 이어진 가압시험 및 분해 후 육안검사를 통해서도 구조적인 변형이나 파손의 흔적이 없음을 확인하였다. 따라서 본 KUH 연료탱크는 항공기 운용 시 발생되는 내부유체의 출렁임 및 진동에 의한 연료탱크 안정성 및 내부 구성품 장착의 건전성이 검증되었다.
첫째, 연료탱크는 헬기 추락 및 전복 시 연료누설이 없어야 하는 내충격성이며 둘째, 피격 시 내부 소재가 연료와 접촉하여 급속한 팽창으로 연료의 누설을 차단하는 자기밀폐기능을 보유하고 있다. 셋째, 헬기 기동 시 슬로시 효과에 의한 내부 장착구성품의 건전성이 확보되어야 한다. 본 논문은 한국형 기동헬기용으로 개발된 연료탱크의 Slosh & vibration 시험수행 결과를 제시하고 있다.
헬기의 연료탱크는 각종 섬유 및 고무를 여러 층으로 적층하여 제작하는 복합기능을 보유한 연료저장 탱크로써, 크게 세가지의 요구성능을 보유하고 있다. 첫째, 연료탱크는 헬기 추락 및 전복 시 연료누설이 없어야 하는 내충격성이며 둘째, 피격 시 내부 소재가 연료와 접촉하여 급속한 팽창으로 연료의 누설을 차단하는 자기밀폐기능을 보유하고 있다. 셋째, 헬기 기동 시 슬로시 효과에 의한 내부 장착구성품의 건전성이 확보되어야 한다.

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