• 한국전산구조공학회논문집
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• 제26권5호
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• pp.343-349
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• 2013

항공기 연료셀은 추락 상황에서 승무원의 생존성과 직결되는 중요 구성품으로 회전익 항공기에 적용되고 있는 내충격성 연료셀은 추락시 승무원의 생존성 향상에 큰 역할을 하고 있다. 미육군은 항공기가 처할수 있는 다양한 상황에서 연료셀이 제 기능을 발휘할 수 있도록 1960년대 초부터 MIL-DTL-27422 이라는 연료셀 개발규격을 제정하여 현재까지 적용해 오고 있다. 해당 개발규격에 규정된 시험 중에서 충돌충격시험은 연료셀의 내충격 성능을 검증하는 시험으로써, 해당 시험을 통과하는 연료셀은 생존가능 충돌환경에서 화재가 발생하지 않아 승무원의 생존성이 대폭 향상될 수 있음을 의미한다. 그러나 충돌충격시험은 작용하는 하중 수준이 너무 높기 때문에 실패 위험성이 가장 큰 시험이기도 하다. 연료셀이 해당 시험을 통과하지 못하는 경우에는 재시험을 위한 비용과 준비기간이 상당히 소요되어 항공기 개발일정에 심각한 지장을 초래할 가능성도 높다. 따라서, 연료셀 설계 초기부터 내충격성능 만족여부에 대한 예측을 위해 충돌충격시험의 수치해석을 통한 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화해야 한다는 필요성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 LS-DYNA에서 지원하는 유체-구조 연성해석 방법인 SPH 방법을 사용하여 연료셀 충돌충격시험 수치 모사를 수행하였다. 수치해석 조건으로 MIL-DTL-27422에서 요구하는 시험조건을 고려하였고, 실물 연료셀의 시편시험을 통해 확보한 물성데이타를 해석에 반영하였다. 그 결과로 연료셀 자체의 응력수준을 평가하고 취약부위에 대한 고찰을 수행하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권5호
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• pp.106-112
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• 2021

본 논문에서는 군에서 운용하고 있는 회전익 항공기의 후방 동체 상부에 블레이드 형상을 가진 안테나 장착 설계와 구조 건전성 해석을 수행하였다. 항공기 운항 중 안테나 또는 지지 구조물이 파손되면 기체에서 분리되어 로터 부위 및 블레이드와 충돌할 수 있다. 이 경우 항공기가 추락에 이를 수 있는 위험한 상황이 되기 때문에 반드시 개조 구조물들에 대한 구조 해석을 통해 구조적인 안전성을 확보해야 한다. 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하였다. 본 연구에서는 안테나 신규 장착 부위와 개조 부위에 대한 설계 요구 조건을 분석하고, 개조 전/후 항공기에 작용하는 하중을 적용하여 지지 구조물에 대한 구조해석을 수행하여 안전성을 확보하였다. 유한요소 모델을 구성하여 응력과 변형량을 확인하고 이론적인 분석 방법을 통해 유한요소 모델을 검증하였다. 이를 토대로 설계된 구조물의 구조 건전성을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.3736-3741
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• 2015

연료탱크 충돌충격시험은 연료탱크의 내충격 성능을 검증하는 시험으로, 충돌충격시험을 통과한 연료탱크는 생존가능 충돌환경에서 화재가 발생하지 않아 승무원의 생존성이 대폭 향상될 수 있음을 의미한다. 그러나, 충돌충격시험은 높은 충격하중 때문에 실패 위험성이 큰 시험이다. 만약, 충돌충격시험을 실패할 경우에는 설계보완 및 시편 재제작 등으로 재시험 준비 기간이 상당히 소요되어 항공기 개발일정에 상당한 지장을 초래하게 된다. 따라서, 연료탱크 설계 초기에 충돌충격시험에 대한 수치해석을 수행함으로써 실물시험에서의 실패 가능성을 최소화하는 노력이 필요하다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 LS-DYNA에서 지원하는 입자법을 사용하여 Phase I 인증시험의 연료탱크 충돌충격시험 수치모사를 수행하였다. 수치해석 조건으로 미군사규격(MIL-DTL-27422)에서 요구하는 시험조건을 반영하였고, 실물 연료탱크 소재의 시편시험을 통해 확보한 물성 데이타를 수치 해석에 적용하였다. 그 결과로 연료탱크 소재와 중첩부위, 피팅 부위에 작용하는 충격하중을 분석함으로써, 연료탱크 설계시 접착강도와 중첩범위 결정을 위한 설계하중 획득 가능성을 타진하였다.

• 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.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권12호
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• pp.918-923
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• 2018

항공기용 연료탱크는 평상시에는 연료저장 등의 단순한 기능을 한다. 그러나, 항공기 추락과 같은 긴급 상황에서는 연료탱크 구조건전성은 승무원의 생존과 직결되므로, 관련 성능의 보유 여부를 충돌충격시험을 통해 입증하도록 규정되어 있다. 충돌충격시험은 높은 충격하중으로 실패 위험이 높기 때문에 설계 초기 실물시험에서의 시행착오 가능성을 최소화하기 위한 노력이 진행되어 왔다. 실제 시험 전에 수행하는 수치해석도 그러한 노력의 일환이다. 하지만, 수치해석 결과가 설계에 반영되기 위해서는 수치해석의 신뢰성 확보가 필요하다. 본 연구에서는 회전익항공기 연료탱크의 충돌충격시험 수치해석의 신뢰성 확보를 위해 수치해석 결과와 시험 데이타 간의 비교를 수행하였다. 수치해석은 충돌전용 소프트웨어인 LS-DYNA을 사용하였고, 해석방법은 유체-구조연성해석 방법 중 ALE(arbitary lagrangian eulerian) 방법을 적용하였다. 시험데이터 확보를 위해 연료탱크 금속 피팅부에 변형률게이지를 설치하고 데이터 획득장비와 연동시켰다. 수치해석 결과로써 연료탱크 피팅부의 변형률과 응력을 계산하였다. 그리고, 실물 연료탱크로 수행한 충돌충격시험을 통하여 확보한 상부피팅의 변형률 측정값과 수치해석으로 계산된 변형률과의 오차를 평가함으로써 수치해석의 신뢰성을 제고하였다.

• 한국압력기기공학회 논문집
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• 제18권2호
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• pp.50-53
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• 2022

To investigate the validity of the finite element analysis program to assess structural integrity of a spent nuclear fuel transport cask subjected to extreme impact loads, structural integrity of the cask for the case of an aircraft engine collision is evaluated using three FE analysis programs: Autodyn, Speed and ABAQUS explicit version. As a result of all analyses, it is confirmed that no penetration occurred in the cask wall. Even though the different programs are used, it is identified that there are insignificant differences in the FE analysis variables such as von Mises effective stress and equivalent plastic strain among the programs.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.8-14
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• 2019

조류 충돌은 항공 운항에서 안전에 관한 가장 중요한 설계 요인이며 고정익 및 회전익 항공기에 심각한 손상을 가하는 원인 중 하나로 분류된다. 본 연구를 통해 조류 충돌 과정을 오일러-라그랑지안 기법을 적용하여 헬리콥터에 장착된 복합재 블레이드의 응답을 MSC.DYTRAN 소프트웨어로 모사하였다. 임의의 라그랑지안 오일러리안(ALE) 방법과 적절한 상태 방정식을 선정하여 조류 모델링에 적용하여 복합재로 구성된 로터 블레이드의 앞전의 조류충돌 구조 건전성을 입증하였다. 조류충돌 해석을 적용하기 위해서 블레이드 앞전 물성치와 조류의 강도와 물성의 차이가 크기 때문에, 충돌 후 조류의 파편을 유체로 가정하여 Euler 요소로 적용하였다. 조류충돌 해석을 통해 설계된 로터 블레이드의 앞전 구조는 조류 충돌에 대해 새의 크기(50.8mm)를 적용하여 TSAI-FILL 파괴기준으로 1.18의 여유마진을 확인하였다. 복합재 블레이드의 조류충돌 해석 결과는 충분히 신뢰성을 가진 것으로 평가되며 다양한 해석조건으로 시험을 대체할 것으로 평가할 수 있다. 향후 제시된 방법으로 다양한 하중 조건, 다양한 조류 모델링을 적용하여 로터 블레이드의 구조 안정성을 평가할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권4호
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• pp.503-509
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• 2013

탄소섬유강화 복합재료는 일반적으로 압축하중과 재료의 면에 수직한 방향의 충격에 매우 취약하다는 단점을 가지고 있다. 특히 항공기의 운항 중 조류와의 충돌이나 정비 중 공구의 낙하로 인한 충격손상은 항공기 구조물의 강도저하의 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 복합재료(CFRP) 시험편에 충격에너지와 충격자 직경을 변화시키면서 충격손상을 가한 후 압축시험을 수행하여 충격후 압축잔류강도를 평가하였으며, 시험 결과를 비교하여 충격에너지에 따른 충격후 압축잔류강도 예측식을 제안하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권5호
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• pp.2553-2558
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• 2014

회전익 항공기 중 군에서 운용하는 기동헬기는 전장상황에서 운용되기 때문에 연료셀 피탄 시 발생 가능한 상황을 예측하여 설계에 반영해야 한다. 연료셀 설계 고려사항은 피탄 상황의 연료셀 내부 압력, 충격파에 의한 연료셀 자체 및 금속 피팅부 응력, 탄의 운동에너지 등이 포함될 수 있다. 중요 설계데이타 확보를 위해서는 실물 연료셀을 이용한 입증시험을 수행하는 것이 가장 좋은 방법이다. 그러나, 극한조건하의 입증시험은 상당한 비용과 시간이 요구되며, 실패 위험성도 높다. 따라서, 실물을 이용한 시험을 수행하기 전 시행착오의 가능성을 줄이기 위해서는 다양한 수치해석을 통해 연료셀 내부압력과 응력 등의 설계 데이타 예측이 반드시 필요하다. 본 연구에서는 입자법을 사용하여 연료셀의 중요 입증시험 중 하나인 피탄시험에 대한 수치해석을 수행하였다. 수치해석은 전용 충돌해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하였고, 피탄의 영향으로 연료셀 내부 압력은 350~360MPa, 수압램에 의한 굽힘하중으로 260~350MPa의 등가응력이 금속피팅부에 발생하는 것으로 파악되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.740-746
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• 2013

항공기, 자동차를 포함하는 모든 수송수단 설계에 있어서 내추락성 설계가 강조되고 있으나, 심각한 부상 또는 사망으로 이어지는 사고는 지속적으로 발생해 왔고, 앞으로도 발생할 것이다. 심지어 생존 가능으로 분류되는 사고에서조차도 상당한 수준의 인명사고가 있어 왔음은 주지의 사실이다. 그러나 이러한 사고들이 반드시 불가피하다고만 할 수는 없다. 만약 좌석, 구속장치, 탑승공간 강도조건 등 탑승자 보호계통이 적절히 또는 바르게 설계된다면 추락상황에서의 생존성은 획기적으로 증대될 수 있다. 이를 위해서는 급격한 가속도 변화환경에서의 인체 허용한도 특성을 충분히 이해해야 하며, 이를 바탕으로 인체 허용한도 제한치 이내에서 하중조건이 유지되도록 탑승공간을 설계하여야 한다. 본 논문에서는 급격한 가속도 변화환경에서의 인체 허용한도의 중요성과 예측되는 추락환경 변화에 따른 설계요구도 변화 필요성을 강조함으로써 내추락성 설계에 대한 공감대를 넓히고자 한다.