• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권7호
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• pp.709-713
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• 2017

일반적으로 항공기용 연료탱크는 평상시에는 연료 보관이 주요 기능이지만, 추락과 같은 긴급한 상황에서는 연료탱크의 건전성은 승무원의 생존 가능 여부와 직결된다. 특히, 항공기의 외부 보조 연료탱크가 조류충돌(bird strike)에 의한 파손으로 누유가 발생하게 되면 승무원의 생존성에 큰 위협이 될 수 있다. 이 때문에 항속거리 확장을 위한 보조연료탱크가 항공기 외부에 설치되는 경우에는 조류충돌에 대한 연료탱크의 건전성 입증이 요구된다. 본 연구에서는 외부 보조연료탱크용 복합재 컨테이너의 조류충돌 상황에 대한 영향성 분석을 위해 충돌해석 전용 소프트웨어를 사용하여 수치해석을 수행하였다. 수치모사를 위해 컨테이너 구조물은 쉘 유한요소를 사용하여 유한요소로 모델링하고 유체와 조류는 입자법을 사용하여 모델링 하였다. 수치해석 결과로 조류충돌에 의한 내부 유체의 거동을 살펴보고 구조물의 최대 변형량과 변형률을 계산하였으며 보조연료탱크 장착용 복합재 컨테이너의 최대응력 수준을 파악하여 외부 보조연료탱크 개발 초기 단계에서 조류충돌 영향성을 반영하기 위한 데이터 확보 가능성을 타진하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권1호
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• pp.64-71
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• 2024

항공기 외부연료탱크는 항공기의 항속거리를 증가시키는 주요 구성품으로써, 비상시 파일런에서 안정적으로 분리될 수 있어야 된다. 이 때, 외부연료탱크의 핀(fin)과 피벗(pivot)에는 분리하중이 작용하게 되는데, 외부연료탱크의 안정적인 분리를 위해서는 핀과 피벗의 구조 건전성이 입증되어야 한다. 본 연구에서는 항공기로부터 외부연료탱크가 분리 될 때 외부연료탱크의 핀과 피벗의 구조건전성 검증을 위해 수행된 구조시험 결과를 제시하였다. 본문에서는 구조시험에 사용되는 유압 및 하중제어장비, 데이터 획득장치 그리고 공압공급장치로 구성되는 시험구성도를 설명하였고, 각 시험조건에 대한 시험설치와 시험하중 인가계획을 제시하였다. 구조시험 결과, 각 시험조건에서 시험하중과 시험체의 내부압력이 허용 범위 내에서 적절히 제어되는 것으로 파악되었고, 시험체에서도 심각한 구조적 결함이 발생하지 않았음이 확인되었다. 최종적으로, 설계 제한하중과 설계 극한하중에 대한 구조시험을 통해서 본 연구의 항공기용 외부연료탱크 핀과 피벗은 충분한 구조 강도를 보유하고 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권3호
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• pp.274-279
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• 2010

본 논문에서는 원 형상에 비해 20% 축소 설계된 수평 핀을 부착한 전투기의 외부 연료 탱크의 정적인 세로 안정성을 해석하고 투하궤적을 분석하였다. 얇은 에어포일의 공력 자료를 이용하여 연료 탱크의 정적 피칭 안정성을 해석한 결과는 풍동 실험 결과와 거의 일치하였다. 연료탱크의 6자유도 운동방정식에 대한 수치적인 모사에서 얻은 낙하 궤적을 실제 모델의 투하 실험 궤적과 비교 분석한 결과 투하 시 항공기의 자세가 연료 탱크의 수직 이동 궤적에는 영향을 미치지 않지만 수평 이동 궤적에는 상당한 영향을 미치게 됨을 알 수 있었다. 이와 같은 이론 해석 및 실험 결과의 분석을 통해 재설계 핀을 부착한 외부 연료 탱크를 비행 중 항공기로 부터 분리할 때 비행운용 규범을 기준으로 수행한다면 항공기의 안전성을 보장할 수 있음이 검증되었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권5호
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• pp.605-611
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• 2019

항공기가 급격한 기동을 하는 경우에는 연료의 쏠림에 의해 상당한 하중이 관련 구성품들에 작용하는데 심각한 상황에서는 구성품이나 배관의 파손이 발생하여 연료탱크 외부로 연료가 누설될 수 있다. 특히, 외부 연료탱크가 장착된 경우에는 슬로싱 운동에 의해 외부 연료탱크 체결부에 상당한 하중이 작용하게 되는데, 해당 하중을 반영하지 않은 설계로 인하여 체결부의 파손이 발생하게 되면 항공기 안전 뿐만 아니라 승무원의 생존에도 악영향을 미칠수가 있다. 따라서, 따라서, 항공기 및 승무원의 생존성 향상을 위해서는 연료 슬로싱 운동에 의한 하중을 고려하여 연료탱크와 내부 부품뿐만 아니라 체결부에 대한 설계가 수행되어야 한다. 본 논문에서는 회전익항공기용 외부 연료탱크의 슬로싱 시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석 기법으로 유체-구조 연성해석의 하나인 ALE 방법을 사용하였고 미군사 규격에서 요구하는 시험조건을 수치해석에 적용하였다. 수치해석 결과로 외부 연료탱크 체결부 하중을 계산하여 체결부 설계시 고려해야 하는 하중 수준을 검토하였다. 또한, 슬로싱 운동에 의해 금속피팅부와 복합재 컨테이너에 작용하는 응력수준과 안전여유 분석을 통해 구조건전성에 미치는 영향을 평가하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.724-729
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• 2017

회전익항공기용 연료탱크의 중요한 성능 중의 하나인 내충격성능은 충돌충격시험을 통해 검증된다. 충돌충격시험은 작용하는 하중이 매우 높기 때문에 실패 위험이 큰 시험인데, 만약, 연료탱크가 내충격 요구조건을 불만족하게 되면 항공기 전체 개발 일정에 심각한 차질을 줄 수 있다. 따라서, 초기 설계단계부터 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행하여 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화 하려는 노력이 수행되어 왔다. 최근, 국내개발 회전익항공기의 항속거리를 증가시키기 위한 목적으로 외부 보조연료탱크 개발이 진행되고 있다. 본 연구에서는 해당 외부 보조연료탱크의 내충격 성능의 검토를 위해 현재까지 진행되어 온 충돌충격시험에 대한 수치해석 결과를 제시하였다. 수치해석 방법으로는 유체-구조 연성해석 방법인 입자법을 적용하였고, 미군사규격에서 규정하고 있는 시험조건을 해석조건으로 반영하였다. 또한, 실물 연료탱크 소재의 시편시험을 통해 기 확보된 바 있는 물성데이타를 수치해석에 적용하였다. 그 결과로 연료탱크 외피 및 피팅 부위의 등가응력을 계산하고 내부 장착품의 거동과 작용 하중을 분석함으로써 외부 보조연료탱크의 내충격성 설계를 위한 데이터 확보 가능성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권3호
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• pp.99-104
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• 2022

항공기 파일런은 엔진이나 외부장착물을 주날개에 연결하고 파일런 자체에 작용하는 하중을 항공기의 주구조물로 전달하는 역할을 한다. 또한, 긴급상황이나 임무수행시 파일런에 탑재된 외부장착물을 분리하는 기능도 수행할 수 있어야 한다. 만약, 외부장착물 분리과정에서 주변기류나 기능적 문제로 외부장착물의 분리가 적절히 수행되지 않으면 항공기 안전에 심각한 영향을 줄 수 있기 때문에 항공기 적용 전에 파일런으로부터 외부장착물의 분리 안정성이 입증되어야 한다. 본 논문에서는 외부장착물인 외부연료탱크가 파일런으로부터 안전하게 분리가 이루어질 수 있는지 확인하기 위해 수행된 지상분리시험 결과를 제시하였다. 시험 결과로, 외부연료탱크가 시험치구로부터 분리된 후 투하 움직임을 고속카메라로 계측하고, 파일런으로부터 외부연료탱크의 분리 안정성을 확인하였다. 또한, 해당 시험결과는 실제 항공기에서의 외부장착물 분리 안정성 평가에 대한 기초 데이터를 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.616-622
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• 2012

본 논문에서는 센터 파일론에 150갤런 외부 연료 탱크를 장착한 전투기의 전술기동 중 섬광탄 운용의 문제점을 검토하고 운용 가능한 방안을 제시하였다. 섬광탄 발사시 투하 궤적 및 외부 연료 탱크 수평 핀의 손상 범위를 풍동실험과 수치해석을 통해 분석하였다. 핀의 손상을 방지하기 위한 방안으로 1) 섬광탄 발사 각도를 조정하는 방안과 2) 핀의 형상을 변경하는 방안을 비교 검토 및 실용성을 분석한 결과 핀을 재설계하는 방안이 채택되었다. 풍동실험을 통하여 재설계한 수평 핀을 장착한 외부 연료 탱크의 투하 안전성을 평가하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권1호
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• pp.80-85
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• 2021

본 연구에서는 항공기용 외부연료탱크의 정하중시험을 수행하기 위해서 외부연료탱크에 작용하는 비행하중을 시험하중으로 변환하고 변환된 시험하중들의 적합성을 검증하였다. 비행하중으로부터 시험하중을 계산하기 위해서 외부연료탱크를 몇 개의 구간으로 나누고, 각 구간별로 단위하중과 단위모멘트에 의해 발생하는 전단하중과 모멘트를 계산하였다. 그리고, 산출된 전단하중과 모멘트 그리고 비행하중 조건과의 연산을 통해 각 구간별 시험하중을 계산하였다. 실제 구조시험에서는 물리적 제약 등으로 시험하중을 계산 지점과 동일한 위치에 부과할 수 없는 경우가 많기 때문에 실제 시험에서 하중을 부과할 수 있는 위치들을 결정한 후, 각 구간에서 계산된 시험하중을 선정된 위치로 재분포시켰다. 그리고, 시험수행의 효율성을 높이면서 작동기 운용이 용이하도록 휘플트리를 적용하여 최종 시험하중 계획을 수립하였고, 비행하중 조건과의 비교를 통해 수립된 시험하중 계획의 신뢰성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권9호
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• pp.875-883
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• 2010

본 연구에서 차량 탑재용 LNG 연료 탱크의 단열 성능과 연료 공급 능력 등을 예측하기 위하여, 내조와 외조 사이가 진공 단열된 2중 벽 구조이며 탱크 용량은 450$\ell$, 정상 운전조건은 800 kPa인 연료 탱크를 해석 대상으로 선택했으며, LNG의 물성치는 메탄($CH_4$)과 동일하다고 가정했다. 밀폐 저장기간의 연장을 위하여, 차폐 관을 제시했고 기존의 연료 탱크 저장 기간과 비교 해석했다. 또한 기관으로의 적절한 연료량 공급을 보장할 수 있는 탱크 내의 압력 유지를 위하여, 외부로부터 추가적인 열전달률을 예측했다. 이러한 계산을 위하여 압력 변화율과 전열률, 연료 출입률 간의 열역학 관계식을 유도했고, 선택한 연료 탱크 모델로부터 열저항을 근거한 계산식을 설정했다. 계산 결과에 의하면, 차폐된 관을 사용한 연료 탱크는 약 25~30% 이상의 저장기간이 연장되었고, 연료 압송 최소압력 유지를 위하여 외부에서 탱크로 공급되는 열전달에 적합한 운전조건도 결정할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권4호
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• pp.382-388
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• 2010

본 논문에서는 마그네슘합금 재료로 제작된 F-5E/F의 외부 연료탱크 수평 핀의 균열 발생 원인을 분석하고 적절한 대체 재질을 검토하여 탱크의 투하 안전성을 보장하도록 핀의 형상을 재설계하였다. 재료는 재료의 성질과 조달 용이성을 고려하여 강도 및 파괴 인성이 기존재료보다 강하지만 핀 1개당 65%의 무게증가가 예상되는 알루미늄 합금 2024-T351을 선택하였다. 핀의 무게 증가로 인한 연료탱크 무게 중심의 후방 이동을 허용한계 이내로 유지하기 위하여 크기를 20% 축소하고, 두께 7 mm, 곡률 반경 8.5 mm로 설계된 핀에 대하여 정적 및 동적 응력을 해석한 결과 후방 체결부 및 체결 홀의 안전계수가 증가되었음이 확인되었다.