초록 ▼

Ⅰ. 제 목 고속비행체 복합재 고온 응용기술 및 전기체 구조시험 기술기반 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 개발 비행체의 상용화 및 국내외 인증획득을 위해서는 각 국의 감항기준이 요구하는 안전성을 입증해야 하며, 전기체 정적시험 및 피로시험은 인증획득에 필수적이므로 이를 위한 시험평가설비 및 시험기술를 국내에 확보하는 것이 매우 중요하다. 특히 한국항공우주연구원은 항공기 형식증명 전문검사기관으로 지정되어 있어 국내에서 개발하는 민항기에 대한 국가공인의 안전성 시험평가를 통하여 형식증명을 획득할 수 있다. 또

Ⅰ. 제 목 고속비행체 복합재 고온 응용기술 및 전기체 구조시험 기술기반 연구 Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성 개발 비행체의 상용화 및 국내외 인증획득을 위해서는 각 국의 감항기준이 요구하는 안전성을 입증해야 하며, 전기체 정적시험 및 피로시험은 인증획득에 필수적이므로 이를 위한 시험평가설비 및 시험기술를 국내에 확보하는 것이 매우 중요하다. 특히 한국항공우주연구원은 항공기 형식증명 전문검사기관으로 지정되어 있어 국내에서 개발하는 민항기에 대한 국가공인의 안전성 시험평가를 통하여 형식증명을 획득할 수 있다. 또, 국내 시험평가 설비가 미비하여 국내에서 개발한 비행체를 해외에서 시험할 경우, 비행체의 성능, 제원, 그리고 설계자료 등 주요 핵심기술이 유출되므로 국내시험수행으로 설계기술이 노출될 수 있다. 항공기 시제기의 시험평가에 소요되는 비용이 전체 개발비의 약 10%가 되므로 국내에서 시험을 수행함으로써 막대한 외화지출을 억제할 수 있게 된다. 그리고 현재 국내에서 개발이 추진되고 있는 위성발사체 구조 및 부품에 복합재의 활용이 요구되어지고 있다. 높은 신뢰성과 품질이 요구되는 대형시험장비를 구축하고 고난도의 시험기술을 개발하고 고온 복합재 응용기술을 확보하여, 국가 및 산업체 수요의 항공기, 로켓, 우주선 등 비행체 개발을 지원할 수 있는 독자적인 시험평가능력과 더불어 21세기 항공우주분야의 국제 경쟁력을 확보에 기여할 것이다. Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위 국내 항공우주 비행체 개발을 지원하기 위한 全機體 구조시험설비를 확장하고 구축하였다. 유압작동기, 서어보제어장치 확장설치 그리고 데이터획득장치 및 여압시험장치를 T-50 전기체 정적 시험에 알맞게 설치 완료하였다. 아울러 시험설비의 운용을 효과적으로 하기 위한 설비 작동감시 장치를 설계 및 설치를 하였다. 현재 국가주도로 개발하고 있는 3단형 과학로켓과 고등훈련기의 구조시험에 적용할 수 있는 全機體 구조시험 기술을 개발하였다. 시험체 자세제어 시스템, 하중부가 및 중량보상 시스템, 시험체 과하중 방지 기술을 확보하는데 주력하였다. 비행체 구조물의 수명평가를 위한 피로하중에 대한 누적손상평가 기술을 개발하였다. 지금까지 구축한 전기체 구조시험 설비의 운영 기술과 경험을 축적하기 위하여 쌍발기 시험체를 대상으로 하여 全機體 피로시험을 수행하였다. 반복하중은 2000비행시간에 해당되는 블록에 대하여 피로시험을 수행하였다. 우주발사체 개발사업에서 필요로 하는 부품등에 적용할 수 있도록 하는 복합재 고온응용 기술을 개발하였다. Ⅳ. 연구개발결과 전기체 구조시험설비 분야에서는 유압작동기 13채널을 확보하였고, 여압시험장비 와 데이터 획득장치를 T-50 전기체 정적시험에 적용할 수 있도록 전기체 구조시험장비 시스템에 통합설치를 완료하였다. 설비작동 감시 시스템설치를 완료함으로써 유압펌프 배관 밸브류, 유압펌프의 작동상태, 배관의 압력, 주제어장치의 디지털 입출력 단자 사용현황 등을 알려줄 수 있어 장비 운용자에게 설비를 효과적 운용을 할 수 있도록 하였다.. 全機體 구조시험 기술분야에서는 시험체 자세제어 시스템, 하중부가 및 중량보상 시스템, 시험체 과하중 방지 등의 기술을 연구하였다. 특히, 유압작동기의 최대작용하중을 제한하는 하중제한밸브를 조절하는 장치를 개발하여 특허출원을 하였다. 피로하중 스펙트럼의 해석전용 전산프로그램인 FatDatGen을 이용하여 쌍발항공기의 2000비행시간에 해당되는 피로시험을 수행하였고 시험결과로부터 누적손상평가를 하였다. 복합재 고온응용분야에 대해서는 5가지 환경조건에서 인장강도, 압축강도, In-plane shear, 라미나간 전단강도 등 총 6종의 시험을 최근에 개발된 재료동등성시험의 절차에 따라 수행하여 설계허용값을 제시하였다. Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획 본 사업을 통해 구축한 구조시험설비 및 시험기술은 8인승 쌍발 복합재 항공기의 주요 구성품에 대한 정적시험에 사용되었고, 3단형 과학로켓의 구조시험에 활용되고 이 고등훈련기 전기체 정적시험은 2003년 9월까지 계속 진행될 것이며, 구조시험기술과 아울러 고온복합재 응용기술은 2005년도에 발사 예정인 국산위성발사체(KSLV)개발에 활용될 것이다.

Abstract ▼

Ⅰ. Title Development of Technologies for Applying High Temperature Composite Materials to High Speed Space Vehicle and Development of Technologies for Full-Scale Tests Ⅱ. Objectives and Significance A high level of safety is required for certification and marketing of aviation products and

Ⅰ. Title Development of Technologies for Applying High Temperature Composite Materials to High Speed Space Vehicle and Development of Technologies for Full-Scale Tests Ⅱ. Objectives and Significance A high level of safety is required for certification and marketing of aviation products and the design, production quality, and airworthiness are governed by safety standards. The safety can be evaluated by analyses and tests in various engineering fields. Full-scale static and fatigue strength tests are essential to comply with structural safety requirements. Therefore, it is necessary to establish structural test technologies and facilities. The Korea Aerospace Research Institute has been designated as The Inspection Organization for Aircraft Type Certification, and type certification can be achieved by performing tests for domestically developed aircraft. In case of testing the aircraft abroad key technologies such as performances, specifications, and design data, would not be protected, and it would require the test cost amounting to about 10% of total development cost. By establishing large scale test equipment and facilities of high reliability and quality, and a high level of test technologies we could test and evaluate aerospace vehicles developed by government and domestic industries and contribute to compete with aerospace countries in the 21th century. Ⅲ. Contents and Scope The full-scale structural test equipment and facilities have been established to support development of high performance aerospace vehicles. The actuators and data aquisition equipment were additionally obtained, and pressurization testing system was designed and purchased. Procedures of maintenance and operation for the test equipment and facilities have been developed. Guides, planning sheets, and check lists have been documented for each equipment. Also, the standard procedures of full-scale static tests were prepared for efficiency and accuracy. The key technologies have been developed in test article positioning system, loading system and counterbalance system, and prevention of overloading. These technologies are practically used for the KSR-III strength tests and will be applied in the T-50 full-scale static tests. The software to design repeated loads for fatigue spectrum were coded, which will be utilized in fatigue tests. Twinbee, all composite aircraft, has been tested with static loading for the 6 test cases, and is being tested with repeated loading of fatigue spectrum. These tests have been conducted to obtain test experience and acquaintance with equipment operation. Ⅳ. Results To extend the full-scale structural test equipment and facilities we added 16 channels of actuators and 2,250 channels of data aquisition equipment. We designed and purchased one set of pressurization testing system including 4 control channels. For maintenance and operation of test equipment and facilities procedures have been documented; guides, planning sheets, and check lists for test control system, actuator system, hydraulic pumps, and suppling system. The standard procedures of full-scale static tests were developed, which included inputs for hardware factors and software factors, calibration of measuring equipment, instrumentation of sensors, test preparation and testing, and process of test results. The key technologies have been studied for test article positioning system, loading system and counterbalance system, and prevention of overloading. The software FatDatGen for designing repeated load spectra were developed and will be utilized in fatigue tests. All composite aircraft, Twinbee, has been tested with static loading for the 6 test cases including taxi-out, ascending, cruising, descending, landing, and taxi-in. It is being tested with repeated loading of fatigue spectra consisting of the above 6 flight segments. These tests were performed to obtain test experience and acquaintance with equipment operation. Ⅴ. Future Applications The test equipment and facilities were used in the design development tests of KTX-1 and in the full-scale component tests of Twinbee, 8 seater composite aircraft. Currently, we are using them for design development tests of T-50 empennage structural elements and for strength verification of KSR-III full-scale components. We will test T-50 for the full-scale static tests from October of 2001 and support structural tests for aerospace vehicles to be developed in future.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...10
• 제 2 장 국내외 기술개발 동향...12
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...15
• 제 1 절 비행체 전기체 구조시험 설비 구축...15
• 1. 주요장치 확장...18
• 2. 데이터획득장치 설치...20
• 3. 여압 시험장치 설치...26
• 4. 설비작동 감시장치...30
• 제 2 절 전기체 구조시험 기술 개발...35
• 1. 자세제어 시스템 개발...35
• 2. 하중부가/중량 보상 시스템 개발...43
• 가. 시험체/치구 중량 보상 기술 개발...43
• 나. 여러 하중조건을 수용할 수 있는 Whiffle-tree 설계기술 개발...51
• 다. Whiffle-tree 설계 소프트웨어 개발...66
• 3. 시험체 과하중 방지 기술 개발...79
• 4. 여압시험 기술...95
• 5. 전단 측정용 게이지 소개...106
• 6. 피로 누적손상 해석 기술 개발...108
• 제 3 절 전기체 피로시험 수행 및 피로손상 평가...114
• 1. 시험하중 스펙트럼 산출...114
• 2. 시험 setup 및 시험 설비...116
• 3. 스트레인 보정 시험...123
• 가. 시험...123
• 나. 결과 및 분석...128
• 4. 피로시험...133
• 5. 피로손상 평가...135
• 제 4 절 고온용 복합재료 특성시험...143
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도...199
• 제 5 장 연구개발 결과의 활용계획...201
• 참고문헌...205
• 부록...207