[보고서]경량구조 및 구조건전성 향상기술 연구

김성준

경량구조 및 구조건전성 향상기술 연구
Study on the light structure and structural integrity improvement technology 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국항공우주연구원 Korea Aerospace Research Institute
연구책임자	김성준
참여연구자	박상욱 , 김태욱 , 이상욱 , 김현기 , 신정우 , 박일경 , 이승규 , 임주섭 , 박세훈 , 김근택 , 김동민 , 김승호 , 이명규
보고서유형	연차보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2017-01
과제시작연도	2016
주관부처	미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning
등록번호	TRKO201700000233
과제고유번호	1711041943
사업명	한국항공우주연구원연구운영비지원
DB 구축일자	2017-09-20
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201700000233

초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
수직 이착륙 무인기 설계/해석 기준 및 무인기 복합재 설계 허용치 설정 방안을 수립하였다. 기본설계 및 사이징을 위한 Tool을 개발하고 Quad Tilt proprotor의 배치설계 및 주요 체결부 개념설계를 완료하였다. Autoclave 성형이 불가한 부품을 위한 Oven 성형 국산 T-800급 복합재 부품의 기초 물성치 Database 구축을 완료하였다. 복합재 손상탐지 시스템 개발을 위한 하드웨어를 설계/제작하였으며 알고리즘을 개발하였다. 최적 센서위치를 선정하기 위하여 유도 초음파수치해석 연구를 수행하였다. 수치해석 기법 개발 및 손상종류에 따른 결과를 분석하였다. 또한 손상 탐지를 위한 위성배열 센서를 설계, 제작하였다. 본 과제를 통해 경량 기체 구조 설계 기술과 더불어 구조 건전성 향상 기술을 확보할 수 있었으며, 이는 향후 Quad Tilt proprotor 무인기 개발에 적용될 수 있다.

Abstract ▼

Ⅳ. Research Results
Structural design and analysis guide were established for the VTOL UAV. The tool for structural sizing was developed and structural layout and fastening design were done for the quad tilt proprotor. The database of mechanical properties for oven cured T-800 grade carbon fiber epoxy composite was constructed. The hardware and algorism for damage monitoring fo composite structure were developed. The guide wave numerical analysis was performed for optimum sensor location. The result were observed under several numerical method and type of damage. Also, phased array sensor was fabricated for damage monitoring. From those work, light-weight structure design technology and enhanced structural integraty were obtained. Those technologies will be applied to develop the Quad tilt proprotor.

목차 Contents

표지 ... 1제 출 문 ... 2요 약 문 ... 3SUMMARY ... 5CONTENTS ... 7목차 ... 8제1장 서 론 ... 9제2장 국내외 기술개발 현황 ... 11 제 1 절 해외 기술개발 동향 ... 11 제 2 절 국내 기술개발 동향 ... 13제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15 제 1 절 배치 설계 및 주요 체결부 개념 설계 ... 15 제 2 절 복합재 설계 허용치 설정 방안 ... 23 제 3 절 Oven 성형 T-800급 탄소섬유 복합재 물성 Database 구축 ... 33 제 4 절 구조 설계 및 해석 기법 개발 ... 60 제 5 절 착륙하중 및 구조해석 ... 75 제 6 절 복합재 손상탐지 평가 시스템 설계 및 개발 ... 84 제 7 절 Phased Array 센서 개발 ... 95제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 104제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 105제6장 참고문헌 ... 106끝페이지 ... 107

표/그림 (145)

표 PZT-fiber Bragg grating hybrid Smart layer (Acellent).
표 보잉사의 cargo door 충격 감시/평가 시스템 및 경착륙 감시/평가 시스템
표 FAA Airworthiness Assurance NDI Validation Center
표 FBG 센서를 이용한 충격 손상 탐지 기술
표 내장 압전 센서 및 Scanning Laser를 이용한 충격 탐지 기술
표 Spar location chart for Boeing 7X7 series
표 Spar location chart for Airbus jets
표 Spar location chart for DC-series jets
표 Structural layout for front wing
표 Structural layout for rear wing
표 Structural layout for front wing rib
표 Structural layout for rear wing rib
표 Structural layout for fuselage and wing
표 Structural layout for fuselage bulkhead
표 Structural layout for fuselage keel beam
표 Load pass for fuselage keel beam
표 Wing to fuselage joint concept
표 Vertical tail and fuselage bulkhead joint concept
표 Main landing gear joint concept
표 Rear landing gear joint concept
표 Comparison of failure probability for unmanned aircraft
표 Comparison of the three categories and operation restrictions
표 Lamina mechanical properties
표 Comparison of strength between lamina and AL7075-T76
표 Comparison of specific strength between lamina and AL7075-T76
표 Damage size as a function of impact energy for different laminate thickness
표 Typical design allowable of foreign aircraft manufacturers
표 Strength and allowable strain for no hole laminates
표 Strength and allowable strain for open hole laminates
표 Open hole specimen
표 Comparison of static strength between no hole laminates and AL7075-T76
표 Comparison of static specific strength between no hole laminates and AL7075-T76
표 Comparison of static specific strength between open hole laminates and AL7075-T76
표 Comparison of specific static specific strength between open hole laminates and AL7075-T76
표 Damage tolerance strain allowable for light unmanned aircraft
표 Toray사의 고성능 탄소섬유 개발 계통도[3-3-1]
표 Lamina 인장 시험 시편 형상
표 각 Stack Type에 따른 시편 주요 치수 - Lamina 인장 시편
표 Lamina 압축 시험 시편 형상
표 각 Stack Type에 따른 시편 주요 치수 - Lamina 압축 시편
표 Lamina Coupon 인장 시험
표 Lamina Coupon 압축 시험
표 파단된 복합재료 인장 시편 – 90도 방향
표 파단된 복합재료 인장 시편 – 45도 방향
표 파단된 복합재료 압축 시편 – 0도 방향
표 파단된 복합재료 인장 시편 – 90도 방향
표 0도 방향 인장 응력 – 변형률 곡선
표 90도 방향 인장 응력 – 변형률 곡선
표 45도 방향 인장 응력 – 변형률 곡선
표 0도 방향 압축 응력 – 변형률 곡선
표 90도 방향 압축 응력 – 변형률 곡선
표 Lamina Material Allowables of H3055
표 Lamina 인장 시험 시편 형상
표 각 Stack Type에 따른 시편 주요 치수 - Laminate Bearing 시편
표 Laminate Bearing 인장 강도 시험
표 파손된 Bearing 강도 시편 - [0/90/+45/90/0]
표 파손된 Bearing 강도 시편 - [0/+45/0/90/0]
표 파손된 Bearing 강도 시편 - [+45/0/-45/90/+45]
표 파손된 Bearing 강도 시편 - [0/90/0/90]
표 파손된 Bearing 강도 시편 - [+45/-45/+45/-45]
표 Laminate Material Allowables of H3055
표 복합재 Sandwich Panel 시편
표 각 Stack Type에 따른 시편 주요 치수 - Sandwich 시편
표 Sandwich panel 4점 굽힘 시험
표 파손된 Sandwich 굽힘 시편 - [0/90/0/90/0/90/0/90/Rohacell 6T/90/0/90/0/90/0/90/0]
표 파손된 Sandwich 굽힘 시편 - [0/90/0/90/Rohacell 6T/90/0/90/0]
표 파손된 Sandwich 굽힘 시편 - [0/-45/45/45/-45/0/Rohacell 6T/0/-45/45/45/-45/0]
표 파손된 Sandwich 굽힘 시편 - [0/45/-45/90/0/45/-45/90/Rohacell 12T/90/-45/45/0/90/-45/45/0]
표 Sandwich Panel 주요 물성 - [0/90/0/90/0/90/0/90/Rohacell 6T/90/0/90/0/90/0/90/0]
표 Sandwich Panel 주요 물성 - [0/90/0/90/Rohacell 6T/90/0/90/0]
표 Sandwich Panel 주요 물성 - [0/-45/45/45/-45/0/Rohacell 6T/0/-45/45/45/-45/0]
표 Sandwich Panel 주요 물성 -[0/45/-45/90/0/45/-45/90/Rohacell 12T/90/-45/45/0/90/-45/45/0]
표 Sandwich Face Modulus 비교
표 Sandwich Flexural Modulus 및 Core Shear Strength 비교
표 Column buckling behavior as a function of length
표 Form of local buckling of various section
표 Typical load displacement behavior of a thin plate
표 Crippling analysis procedure
표 Comparison of failure mode
표 Member cross-section.
표 Summary of analysis results
표 Global buckling and crippling load vs. beam length
표 Buckling mode of thin walled section when length is 101.6 mm
표 Buckling mode of thin walled section when length is 152.4 mm
표 Buckling mode of thin walled section when length is 203.2 mm
표 Buckling mode of thin walled section when length is 304.8 mm
표 Load-displacement curve when length is 101.6 mm
표 Load-displacement curve when length is 152.4 mm
표 Load-displacement curve when length is 203.2 mm
표 Load-displacement curve when length is 304.8 mm
표 Cross-section displacement
표 Cross-section of a circular spar with cap
표 The finite element model and deformation shape
표 Free body diagram
표 Analysis too for Brazier effect
표 Comparison of scale factor between numerical and analytical method
표 Landing gear schematic diagram
표 FEM model and dimension
표 Material properties of H3055 CFRP lamina
표 Comparison of deflection between analytical method and FEM
표 Comparison of strain between analytical method and FEM
표 Deflection of FEM model
표 Landing gear type
표 착륙장치 기본설계 Tool
표 Displacement contour of landing gear
표 Stress contour of landing gear
표 Comparison of result between FEM and analytical method
표 Landing gear cross section
표 Summary of DDT test specimen
표 Schematic diagram of 4 point bending test
표 Summary of test results
표 Failure load for M30-1 specimen
표 Failure load for M30-2 specimen
표 Failure load for M30-3 specimen
표 Failure load for M30-4 specimen
표 Test set up
표 Failure mode
표 Standard acoustio-ultrasonic configuration
표 Damage detection and evaluation system
표 Off line SHM system
표 Boeing SHM system
표 QTP SHM system layout
표 QTP SHM system
표 Signal generation procedure
표 schematic diagram of damaged specimen
표 Test specimen and fixture
표 Test results
표 Physical and Piezoelectric Properties of Materials
표 Numerical results for wave propagation using 3d element
표 Finite element model used a flat plate
표 Lamb modes in an isotropic plate
표 Dispersion curve
표 Propagation analysis using 2D element
표 Piezoceramic 센서의 압전 직접효과 및 역효과
표 압전 소자를 사용한 손상 탐지
표 위상 배열 Piezoceramic 액츄에이터/센서 개념
표 PZT Disk type 액츄에이터/센서 주요 물성
표 Piezoceramic 센서 형상
표 위상 배열 액츄에이터/센서용 연성 기판 구성도
표 제작된 내부 전기 회로
표 제작된 위상 배열 액츄에이터/센서 연성 기판
표 Piezoceramic 액츄에이터/센서 부착 준비
표 전도성 접착제 도포
표 Piezoceramic 액츄에이터/센서 접합
표 완성된 위상 배열 Piezoceramic 액츄에이터/센서

과제명(ProjectTitle) :	-
연구책임자(Manager) :	-
과제기간(DetailSeriesProject) :	-
총연구비 (DetailSeriesProject) :	-
키워드(keyword) :	-
과제수행기간(LeadAgency) :	-
연구목표(Goal) :	-
연구내용(Abstract) :	-
기대효과(Effect) :	-

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