운용 하중을 고려한 금속 적층 복합재 팬 블레이드의 조류 충돌 거동에 미치는 영향 인자 연구 :Parametric Study on the Bird Strike Impact Behavior of Fiber Metal Laminated Blade Considering Operational Loads

장수영

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자료유형: 학위논문

저자정보: 장수영 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 조진연

발행연도: 2022

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이용수30

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2022

운용 하중을 고려한 금속 적층 복합재 팬 블레이드의 조류 충돌 거동에 미치는 영향 인자 연구

장수영 항공우주공 2022.01 학위논문

2021

섬유 금속 적층 블레이드의 조류 충돌 거동 연구

장수영 , 함지훈 , 김정호 외 3명 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2021.07 학술대회자료

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본 논문에서는 탄소 섬유 금속 적층 복합재 팬 블레이드의 조류 충돌에 대한 파손 거동특성을 분석하기 위하여 유한 요소 해석을 통한 연구를 진행하였다. 조류 충돌은 대부분 항공기의 이착륙 시에 발생한다. 이에 따라 회전하는 블레이드의 조류 충돌에 대한 구조 건전성을 검증하도록 규정되어 있다. 이를 검증하기 위한 시험에서의 엔진 회전 속도, 조류 유입 속도는 규정되어 있으나 조류 형상, 크기 등의 규정은 명확하게 제시되어 있지 않은 상황이다. 따라서 다양한 조류 충돌 상황에 대한 조류 충돌 해석을 수행하기 위하여 해석 기법 연구를 수행하였다. 또한 시험 설계 인자를 도출하여 다양한 조류 충돌 상황을 가정한 뒤 유한 요소 해석을 수행하고, 결과를 통해 복합재 파손에 대한 영향성을 분석하였다.
유한 요소 해석 모델은 중소형 항공기용 터보팬 엔진용 블레이드로 모델링 되었으며 블레이드 앞전에 내충격성을 강화하기 위하여 금속을 접합한 모델이 고안되었다. 복합재의 파손은 Hashin 파손 기준 및 에너지 기반 강성 저하 기법을 통하여 복합재의 초기 손상 및 점진적 파손을 확인하였다. 복합재와 금속재간에는 표면 기반 응착 영역 모델을 적용하였으며 최대 응력 파손 기준 및 Benzeggagh-Kenane 파손 기준을 통하여 접합 경계면 분리 영역을 확인하였다. 조류 모델은 입자 완화 유체동역학(SPH)기법을 이용하여 모델링하였다. 충돌 조건은 실제 운행 조건으로서 엔진 최대 출력에서의 회전속도와 중소형 항공기의 이착륙 속도를 사용하였다. 또한 조류의 충돌 위치, 조류의 크기, 블레이드의 동적 상태, 원심력 고려 유무에 따른 복합재의 파손 결과를 비교하여 그 영향성을 확인하였다.
이를 통하여 본 논문에서는 다양한 영향 인자에 대한 영향성을 분석하여 블레이드의 취약부위를 식별하였고 복합재 파손에 영향을 주는 메커니즘을 분석하였다. 본 논문에서 도출한 영향 인자를 바탕으로 팬 블레이드를 설계하고 시험 조건을 도출하는데 활용할 수 있을 것이라고 사료된다.

#복합재 블레이드 #조류 충돌 #복합재 파손 #응착 영역 모델 #입자 완화 유체 동역학 기법

제 1 장. 서론 1
1.1 연구 배경 및 개요 1
제 2 장. 복합 재료 3
2.1 복합 재료의 기계적 특성 3
2.2 복합 재료의 적층 구조 이론 5
제 3 장. SPH 기법 연구 8
3.1 입자 완하 유체 동역학 기법 8
3.2 입자 완화 유체 동역학 기법 모델 검증 12
제 4 장. 조류 충돌 해석 기법 연구 18
4.1 조류 충돌 해석 기법 연구 18
4.1.1 복합재 파손 해석 기법 18
4.1.2 접합부 파손 해석 기법 22
4.2 해석 모델 구성 및 해석 조건 24
제 5 장. 영향 인자 연구 32
5.1 조류 절단 메커니즘 32
5.2 영향 인자 도출 및 해석 34
5.2.1 블레이드 변형 효과 34
5.2.2 조류 충돌 위치 37
5.2.3 조류 직경 40
5.2.4 블레이드 회전 및 정지 상태 43
제 6 장. 결론 및 향후 계획 49
제 7 장. 참고 문헌 51

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