Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2005.06a
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pp.1385-1389
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2005
This paper describes the design, analysis and manufacture procedure of the composite blade for hingeless rotor system of unmanned helicopters. Helicopter rotor system is the key structural unit that produces thrust and control forces for intended flight conditions. In this work, a hingeless rotor system is adopted, and base on the design requirements for rotor system, composite blade section design and calculation of material properties were performed. In order to avoid the unstable state such as resonance, vibration characteristics of rotor system were analyzed. Finally, this paper describes the forming and manufacture of composite blade.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.1
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pp.12-22
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2012
Performance variation of autorotating rotor was investigated. The shaft angle of the rotor is reduced while the flight velocity is increased. The BO-105 helicopter rotor blade was replaced by untwisted NACA 0012 airfoil and the rotor was simulated by using Transient Simulation Method(TSM) to judge the autorotation region for the variables. To simulate the compressibility effect at high speed flight, two-dimensional aerodynamic data was analyzed by compressible Navier-Stokes solver and Pitt/Peters inflow theory was adopted to simulate the induced velocity field. Thrust and lift coefficients, lift to drag ratio variations were investigated, also the lift and power were compared to those of BO-105 helicopter. Sharing lift and power between the autorotating rotor and wing was considered when the compound aircraft concept is introduced.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.2
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pp.181-186
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2009
The objective of this study is ensuring safety of cabin when the blade impacts into a obstacle by verifying safety of the rotor mast and the transmission using impact loads calculated from the simulation. The rotor mast shall not fail and the transmission shall not be displaced into occupiable space when the main rotor composite blade impact into a 8 inch rigid cylinder in diameter on the outer 10% of the blade at operational rotor speed. To calculate the reaction loads at the spherical bearing and lead-lag damper, blade impact analysis was performed with FE model consist of composite blade, tree(or rigid cylinder) using elastic-plastic with damage material and several contact surfaces which were created to describe a progress of actual failure. Also, the reaction loads were investigated in change of blade rotation speed and pitch angle.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.539-547
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2021
Helicopter rotor blade is required to be designed by considering the interacting effects among aerodynamics, flexibility, and controllability. The reverse design allows the structural components to have common characteristics by using the configuration numerics and experimental results. This paper aims to design the composite rotor blade which will feature common characteristics with that of BO-105. The present engineering design procedure is done by dividing the rotor blade into a few sections and composite laminates across the cross section. For each section, variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) program is used to evaluate its flapwise, lagwise, and torsion stiffnesses to have discrepancy smaller than certain tolerance. Finally, CAMRAD II is used to predict the stress acting on the rotor blade during the specific flight condition and to check whether the present deign is structurally valid.
필자가 참여했던 쌍발복합재사업, 쌍발복합재항공기사업, SB427 민수용헬기사업, T-50 초음속고등훈력기 사업을 통해 복합재료의 항공기 적용사례를 고찰하면서, 쌍발복합재항공기는 실험용항공기(Experimental Aircraft)이지만 국내 최초의 전복합재항공기(All-composites Aircraft)로서 항공기 구조물이 순전히 복합재료만을 이용하여 설계 및 제작이 가능하다는 것을 보여주었고, 복합재료를 적용 시 어떠한 이점이 있는지를 보여준 예가 되고 있다. SB427 민수용헬기사업은 헬리콥터에서 로터 블레이드와 동체 등 기체구조물 대분에 왜 복합재료를 사용해야 효과적인 지를 잘 보여주고 있다. SB427 개발 사업을 통해 얻을 수 있는 또 다른 점은 민수용 항공기의 경우 구축된 복합재료 인증체계에 따라 복합재구조물을 개발해야 되고 그래야만 마케팅에서 신뢰를 얻을 수 있다는 것이다. T-50 항공기는 국내에서 최초로 개발된 초음속기로 미익 부문에 복합재료가 응용되었다. 양산 항공기의 주구조물에 복합재료가 쓰인 예는 T-50이 첫 번째 인데 T-50에서 얻어진 복합재 적용기술은 앞으로 개발될 고급 군용기와 민수용기에 널리 활용될 것으로 기대된다. 본 논문에서는, 국내 개발 항공기에서의 복합재료 적용이라는 특정 주제를 중심으로 개발 이력과 기술적 조망을 통하여, 정부, 연구소, 업체 간의 유기적이고 체계적인 전략이 필요하다고 사료되며, 이러한 전략을 바탕으로 효율적인 항공 산업을 선점해야 할 것이다.
The rotor blade is a key component that generates the lift, thrust, and control forces required for helicopter flight by the torque transmitted through the hub and the blade pitch angle control, and should be designed to factor vibration characteristics so that there is no risk of resonance with structural safety. In this study, the structural design of the main rotor blade for MPUH(Multi-Purpose Unmanned Helicopter) was conducted and the sectional stiffness measurement of the fabricated blade was performed. The evaluation of the vibration characteristics of the main rotor system was then conducted factoring the measured stiffness distribution. The interior of the rotor blade comprised of the skin, spar, and torsion box, and carbon and glass fiber composites were applied. The Ksec2D program was applied to predict the stiffness of blade, and the results were compared to the measured data. CAMRADII, a comprehensive rotorcraft analysis program, was applied to investigate the natural frequency trends and resonance risks due to the rotor rotation.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.173-176
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2002
This paper describes the design procedure of composite parts for hingeless hub system of helicopter. These composite parts are composed of flexure and sleeve. The design of this composite flexure is an important technique in hingeless hub system since the rotor system stability and dynamic characteristics depends on this flexure characteristics. The objective of this research is to replace the existing metal hub parts with composite to improve the performance and stability. First, the coupon test of candidate composite material for hub parts was conducted. The hub parts was designed based on test results and the manufacturing possibility by using Fiber Placement System(FPS) was checked. Also the dynamic analysis and stress analysis of composite hub parts was conducted. Through this research, we will find out the possibility of replacing existing metal hub parts with composite.
Kim, Deog-Kwan;Hong, Dan-Bi;Kee, Young-Jung;Rhee, Wook;Lee, Myeong-Kyu
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.119-122
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2003
This report describes the procedure of detailed design and structural test for the composite flexure which is a part of the hingeless hub system. First, stacking sequence design for composite flexure was done, and structural analysis by using NASTRAN was made to verify structural stability and safety. Using FPS installed at KIMM, composite flexure was laid up and cured using a autoclave. Before rotor ground test, the basic structural tests such as a bench test, tensile strength test and shear strength test, for flexure, were accomplished. Through replacing existing metal hub part with new fabricated composite flexure, improvement of aeroelastic stability and weight reduction were achieved. This result will be applied to composite rotor system design fur helicopter.
Kim, Deog-Kwan;Hong, Dan-Bi;Lee, Myung-Kyu;Joo, Gene
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.10a
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pp.220-223
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2002
This paper introduces the development procedure of paddle type small-scaled composite rotor blade for helicopter hingeless rotor system. Paddle type composite blade design was done by using CORDAS program developed by KARI and dynamic analysis for hingeless hub with blade is done by using FLIGHTLAB which is commercial software for helicopter comprehensive analysis. The procedure to manufacture complicated shape of paddle type blade tip was developed and composite blades were manufactured after establishing the effective curing method. Through this research, the development technology of composite rotor blade with complex aerodynamic shape were accumulated and these will be applied to the related research field, for example, full size composite blade development, etc.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1995.04a
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pp.354-359
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1995
회전익의 소재로 복합재료를 선택하게 됨에 따라 헬리콥터의 유지, 보수 및 성능에서 유리하게 되었지만 허브 형태의 간소화로 인하여 해석상의 어려움은 확대 되었다고 할 수 있을 것이다. 따라서 회전익의 단면특성은 더욱 중요한 의미를 갖게 되었다. 회전익의 단면특성을 결정하기 위해서 우선적으로 각 방향운동의 연성항을 소거하는 것이 계산상 유리하고 따라서 관성주축방향을 결정하는 것이 중요하다. 그러나 회전익의 익형이 대칭형이 아니고 복합한 재료로 구성되어 있을 뿐 아니라 효율의 극대화를 위하여 축방향을 따라 비틀림을 부여하고 있기 때문에 관성주축의 방향을 결정하는데 많은 어려움이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 실제 회전익을 그 연구 대상으로 회전익 단면의 등가강성행렬을 추출하고 외팔보의 공학이론과 회전행렬을 이용하는 방법으로 관성주축방향을 결정하는 방법을 제시하였다. 해석방법의 타당성을 확보하기 위하여 엄밀해를 알고 있는 간단해 단면을 갖는 외팔보를 이용하여 검증하였다. 이러한 방법은 관성주축방향을 결정하는 새로운 프로그램의 개발이라는 부담을 최소화 하였을 뿐 아니라, 해석방법 자체가 가지는 간편성으로 인하여 많은 시간과 노력을 줄일수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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