한국산학기술학회논문지 (Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society)

  • 제20권8호
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  • Pages.8-14
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  • 2019
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  • 1975-4701(pISSN)
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  • 2288-4688(eISSN)
한국산학기술학회 (The Korea Academia-Industrial cooperation Society)
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조류충돌 해석을 통한 헬리콥터 복합재 로터 블레이드 구조 건전성 평가

Structural Integrity Assessment of Helicopter Composite Rotor Blade by Analyzing Bird-strike Resistance

  • 박제홍 (한서대학교 항공전자공학과) ;
  • 장준환 (유한대학교 기계공학과 기계설계전공)
  • Park, Jehong (Dept. of Avioinics Engineering of Hanseo University) ;
  • Jang, Jun Hwan (Dept. of Mechanical Engineering of Yuhan University)
  • 투고 : 2019.05.14
  • 심사 : 2019.08.02
  • 발행 : 2019.08.31
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초록

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.

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.

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참고문헌

  1. T. Kurtoglu, I. Y. Tumer, D. C. Jensen, "A functional failure reasoning methodology for evaluation of conceptual system architecture", Research in Engineering Design, Vol.21, No.4, pp.209-234, Oct. 2010. DOI: https://doi.org/10.1007/s00163-010-0086-1
  2. L. Yulong, Z. Yongkang, and X. Pu, "Study of Similarity Law for Bird Impact on Structure", Chinese Journal of Aeronautics,. vol 21, pp. 512-517, 2008 https://doi.org/10.1016/S1000-9361(08)60168-5
  3. M. Guida,, "SPH - Lagrangian study of bird impact on leading edge wing", Composite Structures, vol 93, pp. 1060-1071, 2011. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2010.10.001
  4. S. Heimbs, "Computational methods for bird strike simulations: A review", Computers & Structures, vol 89(23), pp. 2093-2112, 2011. DOI : https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2011.08.007
  5. D. Ivancevic, and I. Smojver, "Hybrid approach in bird strike damage prediction on aeronautical composite structures", Composite Structures, vol 94(1), pp. 15-23, 2011. DOI : https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2011.07.028
  6. Y. Guo, P. Jia, and G. Hong, "Research on Bird Strike Simulation of Composite Leading Edge", AASRI Procedia,. vol 3, pp. 674-679, 2012 DOI :https://doi.org/10.1016/j.aasri.2012.11.107
  7. B.E.Washburn, P.J. Cisar, and T.L. DeVault, "Wildlife strikes to civil helicopters in the US, 1990-2011 Transportation Research Part D", Transport and Environment, pp. 83-88, 2013. DOI : https://10.1016/j.trd.2013.06.004
  8. D. Hu, "Experiment and numerical simulation of a full-scale helicopter composite cockpit structure subject to a bird strike", Composite Structures, vol 149, pp. 385-397, 2016 DOI : https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2016.04.035
  9. S. Heimbs, "Numerical Analysis of Bird Strike Resistance of Helicopter Searchlight", Procedia Structural Integrity, pp. 689-696, 2017. 5 DOI : https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.07.044
  10. J.H. Kim, "Study on bird modeling and bird strike analysis using smoothed particle in Aerospace engineering", KAIST, 2016
  11. Zana Eren, "Modeling of Bird Strike on a Composite Helicopter Rotor Blade", 58th AIAA/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference., AIAA. pp. 1-11, 2017 DOI : https://doi.org/10.2514/6.2017-1991
  12. F. Bianchi, "Analysis with RADIOSS of a bird strike onto a helicopter blade and onto a rotor control chain", Altair HTC09 Ludwigsburg, 2009.