Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.902-905
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2004
Recently, the composite materials are widely used for manufacturing the helicopter rotor blades. furthermore, composites show great potential on the design of rotor blades due to the advantages of strength, durability and weight of the materials. To keep with this advantages, it is necessary to calculate natural frequencies of a rotating blades for avoiding resonance. In this paper, the structural design process of airfoil cross section is introduced, and natural frequencies of composite rotor blades with variable rpm we investigated.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.1
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pp.75-84
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2021
The authors had presented two previous papers[1,2] on Helicopter/Rotorcraft develoment in Europe and US. Meanwhile, the next generation rotorcrafts, currently under development in US and Europe, have new configurations (tilt-rotor, coaxial, compound) of rotor-type vertical takeoff/landing rotorcrafts to overcome the disadvantages of traditional helicopters. For developing these new types of rotorcrafts, the upgraded conceptual design/comprehensive programs are required. In US and Europe, they are already developing new program tools with their technologies and database obtained during more than last half centuries. For us, many academia, research institutes and industrial engineers have experienced and developed core technologies on rotorcrafts (aerodynamics, structural analysis, flight dynamics, and noise analysis etc.) comparable to US and Europe during last couple of decades of developing helicopters and various configurations of rotorcrafts. In this paper, the pros and cons of conceptual design/comprehensive tools currently used in US and Europe have been summarized. Furthermore, the possibilities and problems to develope our own design and analysis tools have been studied.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.8
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pp.8-14
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2019
Bird-strike is one of the most important design factors for safety in the aviation industry. Bird-strikes have been the cause of significant damage to aircraft and rotorcraft structures and the loss of life. This study used DYTRAN software to simulate the transient response of an Euler-Lagrangian composite helicopter blade that has been impacted by a bird. The Arbitrary Lagrangian Eulerian (ALE) method and a suitable equation of state were applied to model the bird. ALE was applied to the bird-strike analysis due to the large difference between the properties of the blade and bird. The debris of the bird was assumed to be a fluid and applied as Euler elements after the collision. Through the analysis of bird impacts, the leading-edge of the rotor blade (50.8 mm) was used to identify a positive margin of 1.18 based on the TSAI-FILL criteria. The results are assessed to be sufficiently reliable and may be evaluated to replace tests with various analysis conditions. The structural stability of the rotor blade could be assessed by applying various load conditions and different modeling methods in the future.
Composite rotor blades for rotorcraft have an intrinsic vulnerability to foreign object impact from its inherent structural characteristics of insufficient strength in the thickness direction, which may easily lead to internal structure damage. Therefore, defects and strength reducing effects caused by foreign object impact should be considered in fatigue evaluation of composite blades. For this purpose, the flaw tolerant safe-life and fail-safe concepts were adopted in fatigue evaluation since 1980s, and recently those concepts have been replaced by the damage tolerance concept. In this paper, the relevant standards for fatigue evaluation are analyzed focusing on fiber reinforced composite rotor blades used in rotorcraft. In addition, fatigue evaluation procedure of composite blades considering impact damages is proposed by reviewing the practices implemented through domestic development projects.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.6
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pp.537-546
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2010
This research work contributed to a study for the procedure and methodology to assess the fatigue durability for a composite torque link of helicopter landing gear, which was newly developed and fabricated by the resin transfer moulding technique to interchange with metal component. The simulated load spectrum anticipated to be applied to the torque link during its operation life was generated using an advanced method of probabilistic random process, and the fatigue durability was evaluated by the strength degradation approach on the basis of material test data. The full scale fatigue test was also performed and compared with the analysis results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.2
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pp.98-105
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2005
This paper presents the result of the aeroelastic stability test of the small-scaled hingeless hub system with composite paddle blades in hover and forward flight conditions. Excitation tests of hingeless hub system installed in GSRTS(General Small-scale Rotor Test System) at KARI(Korea Aerospace Research Institute) were carried out to get lead-lag damping ratio of blades with flexures as hub flexure. MBA(Moving Block Analysis) technique was used for the estimation of lead-lag damping ratio. First, blades with metal flexures, then with composite flexures of the same dynamic properties of rotor system as metal one were tested. Tests were done on the ground and in the wind tunnel according to the test conditions of hover and forward flight, respectively. Composite flexures were found to have better damping characteristics over metal ones in the non-rotating vibration test, and it was confirmed that the use of composite flexures would give observable improvement in aeroelastic stability compared to metal ones in all test conditions.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.2
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pp.139-146
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2009
In this study, an assessment is made for the helicopter vibration reduction of composite rotor blades using an active twist control concept. The piezoceramic shear actuation mechanism along with elastic couplings of composite blades is used for vibration reduction. The rotor blades are modeled as composite box-beams with actuator layers bonded on the outer surfaces of the thin-walled section. The governing equations of motion for helicopter blades are obtained using Hamilton's principle. A time domain unsteady aerodynamic theory with free wake model is used to obtain the airloads. Various rotor configurations with different elastic couplings with appropriate actuator placement are used to investigate the hub vibration characteristics. Numerical results show that a substantial reduction of $N_b$/rev hub vibration can be achieved using the optimal control algorithm.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.12
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pp.1388-1396
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2011
This paper is focused on the procedure of the development of a micro air vehicle which has vertical take-off and landing capability for indoor reconnaissance mission. Trade studies on mission feasibility led to the proposal of a coaxial rotorcraft configuration as the platform. The survey to provide a guide for preliminary design were conducted based on commercial off-the-shelf platform, and the rotor performance was estimated by the simple momentum theory. To determine the initial size of the micro air vehicle, the modified conventional fuel balance method was applied to adopt for electric powered vehicle, and the sizing problem was optimized with the sequential quadratic programming method using MATLAB. The designed rotor blades were fabricated with high strength carbon composite material and integrated with the platform. The developed coaxial rotorcraft micro air vehicle shows stable handling quality with manual flight test in indoor situation.
The finite element analyses of a composite hingeless rotor blade in forward flight have been performed to investigate the influence of blade design parameters on the blade stability. The blade structure is represented by a single cell composite box-beam and its nonclassical effects such as transverse shear and torsion-related warping are considered. The nonlinear periodic differential equations of motion are obtained by moderate deflection beam theory and finite element method based on Hamilton principle. Aerodynamic forces are calculated using the quasi-steady strip theiry with compressibility and reverse flow effects. The coupling effects between the rotor blade and the fuselage are included in a free flight propulsive trim analysis. Damping values are calculated by using the Floquet transition matrix theory from the linearized equations perturbed at equilibrium position of the blade. The aeroelastic results were compared with an alternative analytic approch, and they showed good correlation with each other. Some parametric investigations for the helicopter design variables, such as pretwist and precone angles are carried out to know the aeroelastic behavior of the rotor.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.15
no.3
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pp.6-14
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2007
In this research, vibration reduction and aeroelastic stability of a composite hingeless rotor hub flexure with viscoelastic constrained layer damping treatment(CLDT) were investigated. The composite flexures with viscoelastic CLDT were applied to hingeless rotor system to improve the in-plane stability of the lead-lag motion causing resonance. The modal test was performed and dynamic properties(natural frequency and loss factor) were acquired. Also, complex eigenvalue analysis(SOLlO7) in the NASTRAN structural analysis module was performed and compared with results of the modal test. To insure aeroelastic stability, damping ratio analyses of the hingeless rotor system with CLDT were accomplished at hovering condition due to collective pitch angle changes. Satisfactory results of increasing structural damping and stability were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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