초록 ▼

본 과제에서는 터보펌프 터빈 구동시 열유등장 효과가 고려된 구조 신뢰성 분석 기법을 개발하고 해석을 수행하여 특성을 분석하였다. 우선적으로 천이 열전도 해석을 위한 열전달 경계 조건 적용에 관한 연구가 이루어졌다. 적분법을 이용하여 디스크의 열전달 계수를 산출하였고 초음속 입구 유동장을 가지는 충동형 터빈 블레이드에 대한 열유동장해석을 통하여 표면 열전달 계수를 산출하였다. 전산유체역학기법에서 다양한 난류 모델 및 격자에 대한 영향을 살펴보았으며 초음속 입구 유동장에 따른 특성을 고찰하였다. 그리고 복잡한 3차원 터빈 형상에 대한

본 과제에서는 터보펌프 터빈 구동시 열유등장 효과가 고려된 구조 신뢰성 분석 기법을 개발하고 해석을 수행하여 특성을 분석하였다. 우선적으로 천이 열전도 해석을 위한 열전달 경계 조건 적용에 관한 연구가 이루어졌다. 적분법을 이용하여 디스크의 열전달 계수를 산출하였고 초음속 입구 유동장을 가지는 충동형 터빈 블레이드에 대한 열유동장해석을 통하여 표면 열전달 계수를 산출하였다. 전산유체역학기법에서 다양한 난류 모델 및 격자에 대한 영향을 살펴보았으며 초음속 입구 유동장에 따른 특성을 고찰하였다. 그리고 복잡한 3차원 터빈 형상에 대한 효율적인 유한 요소 모델링, 천이 열전도 및 응력 해석 기법을 개발하였다. 3차원 해석을 통하여 실제 구조물의 천이 열전도 특성 및 응력 특성을 파악하였다. 이러한 결과를 기초로 다양한 유한요소 격자에 따른 2차원 해석을 통하여 연속적인 슈라우드를 가지는 터빈의 집중 응력 특성을 분석하고 그 원인을 규명하였다. 또한 Campbell 선도를 통하여 진동 안정성에 대한 접근도 이루어졌다. 여기서 원심력과 같은 미리 가해진 하중에 따른 진동 특성에 관해서도 고찰하였다. 또한 보 및 평판으로 구성된 블레이드 디스크를 부분 구조 합성법으로 합성한 후 Rayleigh-Ritz 방법에 적용하여 설계 단계에서 특성 파악이 가능한 진동 해석 기법을 개발하였다.

Abstract ▼

1. Development of the analysis method to obtain heat transfer coefficient on the blade surfaces in the aero-thermal field
2. Development of the structural reliability analysis method using transient heat conduction and stress analysis and Study of the characteristics
3. Development of the vibr

1. Development of the analysis method to obtain heat transfer coefficient on the blade surfaces in the aero-thermal field
2. Development of the structural reliability analysis method using transient heat conduction and stress analysis and Study of the characteristics
3. Development of the vibration analysis method for a 3D model including centrifugal effect
4. Development of the vibration analysis method which can be used in the process of the design

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요...12
• 1. 연구 배경 및 필요성...12
• 2. 연구 범위 및 목적...12
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...14
• 1. 열유동장 계산...14
• 2. 열응력 해석...14
• 3. 자유 진동 해석...14
• a. 보 및 환형 평판...15
• b. 블레이드 조립물...15
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...17
• 1. 열유동장 계산...17
• (1) 이론적 배경...18
• a. 수치적 해법...18
• b. 난류 모델...18
• c. 자유 흐름 난류 강도...18
• d. 경계조건...19
• (2) 해석 결과...19
• a. 천음속 블레이드 모델...19
• b. 터보펌프 터빈 블레이드...20
• 2. 천이 열전도 및 응력 해석...28
• (1) 해석 결과...28
• a. 3차원 천이 열전도 및 응력 해석...28
• b. 2차원 열응력 해석...30
• 3. 터보펌프 터빈의 자유 진동 해석...44
• (1) 블레이드 디스크의 자유 진동 해석...44
• (2) 해석 결과...45
• 4. Rayleigh-Ritz 방법을 이용한 자유 진동 해석...49
• (1) 보 이론...49
• a. Euler 보...49
• b. Timoshenko 보...50
• (2) 편판 이론...52
• a. Kirchorr 평판...52
• b. Mindlin 평판...54
• c. 원심력에 의한 응력 분포...56
• d. Gram-Shmidt 과정...57
• (3) 보와 평판의 자유 진동 해석 결과...58
• (4) 보와 평판의 합성...59
• a. 부구조물 합성법...60
• b. 가상스프링을 이용한 합성...61
• (5) 블레이드 디스크의 운동 방정식...62
• (6) 합성을 통한 자유 진동 해석 결과...69
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...81
• 1. 연구개발목표의 달성도...81
• 2. 관련분야의 기술발전에의 기여도...81
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...82
• 1. 추가연구의 필요성...82
• 2. 타연구에의 응용...82
• 3. 기업화 추진방안...82
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...83
• 제 7 장 참고문헌...84