스마트무인기기술개발사업 1단계 최종보고서;고온내열재료 특성분석 및 열차폐 구조설계 개발 Smart UAV Development Program Phase 1 Final Report;Characteristic Analysis of Heat Resistant Materials and Development of Heat-Shield Structural Design원문보기
한국과학기술정보연구원 Korea Institute of Science and Technology Information
등록번호
TRKO200500066373
DB 구축일자
2013-04-18
초록▼
항공기에 적용 가능한 고온내열재료에 대한 사례분석 및 엔진 덕트 구조에 적용하여 열 해석을 수행하였다. 또한, 경사기능재료를 무인항공기의 고온내열 엔진 배기 덕트에 적용하여 열적 거동을 고찰하였고, 경사기능 층이 20개, 40개, 60개, 80개, 100개인 경사기능재료를 고온대열 덕트 구조물에 적용하며 각각의 열 및 열응력 해석을 수행하여 비교 분석하였다. 경사기능재료를 사용한 고온 내열 배기 덕트의 크리프 해석을 수행하여 그 특성에 대해 고찰하였다. 금속과 세라믹 재료가 복합된 경사기능재료는 열적 물성치와 기계적 물성치와 같은
항공기에 적용 가능한 고온내열재료에 대한 사례분석 및 엔진 덕트 구조에 적용하여 열 해석을 수행하였다. 또한, 경사기능재료를 무인항공기의 고온내열 엔진 배기 덕트에 적용하여 열적 거동을 고찰하였고, 경사기능 층이 20개, 40개, 60개, 80개, 100개인 경사기능재료를 고온대열 덕트 구조물에 적용하며 각각의 열 및 열응력 해석을 수행하여 비교 분석하였다. 경사기능재료를 사용한 고온 내열 배기 덕트의 크리프 해석을 수행하여 그 특성에 대해 고찰하였다. 금속과 세라믹 재료가 복합된 경사기능재료는 열적 물성치와 기계적 물성치와 같은 재료상수들은 체적비와 기공률에 따라 변화한다. 따라서 좀더 효율적인 경사기능재료를 얻기 위하여 본 연구에서는 경사기능 층의 두께를 변화시킴으로서 무게를 최소화 하는 최적화를 수행하였다 최적화 알고리즘으로는 통계적 회귀분석의 한 방법인 반응표면법을 사용하였고, 반응표면분석을 위하여 실험계획법을 사용하였으며, 실험계획법으로는 3k요인배치법, 직교중심합성법 그리고 중심합성법을 사용하여 최적설계를 수행하였다. 여러 가지 실험계획법에 의한 경사기능 층의 최적화 결과를 기존의 도함수 기법과 비교함으로써 해의 수렴성에서 뛰어난 성능을 확인할 수 있었다.
Abstract▼
In unmanned aerial vehicle, the high temperature results from friction among the air, combustion of fuel in engine and combustion gas of a nozzle. Recently, Functionally Graded Materials (FGMs) have been considered as thermal barrier materials in many fields. FGM is the material which compositions g
In unmanned aerial vehicle, the high temperature results from friction among the air, combustion of fuel in engine and combustion gas of a nozzle. Recently, Functionally Graded Materials (FGMs) have been considered as thermal barrier materials in many fields. FGM is the material which compositions gradually change from one to the other and composed of two constituent materials that are mixed up according to the specific volume fraction distribution in order to withstand high temperature. The inside is made of refractory material and the load carrying structure is made of a strong and tough metal. For such heterogeneous materials such as FGMS, the heat conduction equation is a function of position and material properties vary gradually with respect to coordinates. As the use of FGMs increases, for example, in aerospace, military and nuclear, new methodologies have to be developed to characterize FGMs, and also to design and analyze structural components . made of these materials. Simple but efficient and accurate analysis procedures are required for optimization studies also.In this study, thermal stress analysis of FGM, applied in the duct structure of engine, with 20, 40, 60, 80 and 100 FGM layers is performed respectively. In addition, the creep behavior of FGM layers is analyzed and the weight is represented by four design variables and the response of the weight is examined by changing the each parameter as design variable, FGM layer. The engine duct structure applied with FGM is optimized by the response surface method which is non-gradient, semi-global, discrete and fast convergent. The design of experiments are chosen for response surface analysis and $3^{k}$ factorial design, orthogonal central composite design and central composite design are used among design of experiments. The optimization results by RSM are compared to those by gradient-based classical optimization methods. These are shown that we can determine the optimal distribution of the material''s composition to minimize the thermal stresses.
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