음향방출법을 응용한 복합재 탄성판 착륙장치의 충격손상 평가

이기범,설창원,이강용,옹장우 ( Kee Bhum Lee,Chang Won Shul,Kang Yong Lee,Jang Woo Ong ) 한국복합재료학회 1995 Composites research Vol.8 No.3

초음속 비행체 구조재료에 대한 열기계적 특성

김종환,이기범,이경용,Kim, Jong-Hwan,Lee, Kee-Bhum,Lee, Kuong-Yong 한국군사과학기술학회 2005 한국군사과학기술학회지 Vol.8 No.2

The thermomechanical characteristics were evaluated for 17-4PH stainless steel widely used in supersonic airframe subjected to both aerodynamic loading and heating. The thermomechanical tests were conducted under both elevated temperature and rapid heating condition from $1^{\circ}C/sec\;to\;28^{\circ}C/sec$. The thermomechanical behaviors under rapid heating were compared with those of elevated temperature after 1/2 hour exposure in terms of yield stress to investigate the influence of heating rates. A heating rate-yield temperature parameter was suggested for rapid heating based on time-temperature parameters, and master yield stress curve was obtained by using these parameters. The experimental results and methodology from this study can be used as basic engineering data when designing supersonic vehicle structures subjected to aerodynamic loading and severe heating environment.

원통형 초음속 비행체 내열구조시험 기법 연구

이경용(Kyung-Yong Lee),김종환(Jong-Hwan Kim),이기범(Kee-Bhum Lee),정재권(Jae-Kwon Jung) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.6

본 논문은 초음속 환경에서 운용되는 원통형 비행체가 비행중 경험하는 공력하중 및 공력가열 현상을 지상에서 유사하게 모사하기 위한 내열구조시험 기법 및 시험결과에 대하여 기술하였다. 시험 중 시험 구조물의 자세를 공중에서 제어하거나 시험 중지 중 시험구조물을 지지할 목적으로 스프링을 이용하는 특별한 자세제어장치가 설계되었다. 시험구조물에 공력하중과 열하중을 부가하기 위하여 유압식 외력하중부가 장비와 전기식 열부가 장비를 사용하였다. 특히, 복사방식의 수백 개 석영램프가 열부가장비에 응용되었으며, 이들을 이용하여 여러 가지의 열특성 시험조건이 해석조건과 유사하게 지상에서 성공적으로 구현되었다. 연구결과 본 내열구조강도시험기법은 외력 및 극심한 열하중에 노출된 원통형 구조물의 구조적 건전성을 실험적 방법에 의거 지상에서 검증하거나 설계 개선에 필요한 공학자료를 획득하는데 적합한 방법임이 입증되었다. This paper describes the structural strength test technique and the results for cylindrical supersonic vehicle subjected to both aerodynamic load and thermal load. The special positioning system using spring links was designed to float, support and restrain the test airframe during the test and the down-time. The hydraulic system and the electric heating system were utilized to apply the aerodynamic load and the thermal load to the test airframe together. Particularly, several hundreds of infrared quartz lamps were used for the heating system, and the thermal test conditions were successfully simulated. The test results showed that this kind of high temperature test is adequate to verify the structure integrity and produce useful engineering data which is necessary for the possible structural modification under thermal environments.

T-50 전기체 내구성시험 시험하중 설계기술 연구

정재권(Jae-Kwon Jung),이기범(Kee-Bhum Lee),양명석(Myung-Seog Yang),설창원(Chang-Won Shul) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.3

항공기 구조 개발에 관련된 MIL-HDBK-1530에는 구조 건전성을 확보하기 위한 요구사항이 기술되어 있다. 기체 구조의 내구성 및 손상허용성은 요구항목 중의 하나로서 관련 규격서의 요구조건과 절차에 따라 해석 및 시험을 통하여 입증되어야 한다. 본 논문에서는 T-50 항공기(고등 훈련기)의 안전성 및 내구성 평가를 위한 전기체 내구성 시험하중 설계에 대하여 기술하였다. 내구성 시험하중 설계는 대한민국 공군과 미군사규격서의 요구조건 및 절차에 따라 수행되었다. 실제 비행상태 구현을 위한 전기체 부유식 시험조립 기법과 비행대비행 하중 스펙트럼의 모든하중을 정확하게 모사할 수 있는 시험하중 최적화 기법 및 6-자유도 평형기법을 개발하여 적용하였다. 개발된 기법은 향후 항공기 전기체 구조시험을 수행하는데 있어서 유용한 시험하중 설계 기법임을 확인하였다. The general requirements to achieve the structural integrity of the airframe are described in the military specification, MIL-HDBK-1530. One of these requirements is the durability and damage tolerance of the airframe, which should be shown through the analysis and test based on the related specifications. This paper describes the full scale durability test load simulation to evaluate the structural safety and durability of the advanced trainer, T-50. The test load simulation was performed according to the procedure in the military specification and the KAF contract requirements. The durability test design technique which involve the floating test set-up, the optimal test load simulation method, and the 6-DOF test article balance method to secure the real flight conditions as many as possible. It was confirmed that this method will be available in a similar full-scale airframe structural test in future.

음향방출법을 응용한 노즐 조립체의 구조건전성 평가

설창원(Chang-Won Shul),이기범(Kee-Bhum Lee) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.10

노즐 조립체에 대한 구조건전성을 평가하기 위한 구조강도시험에 음향방출 기법을 적용하였다. 이들 결과는 스트레인 및 변위 측정 결과와 비교 분석 되었으며, AE 기법의 신뢰도를 향상시키기 위하여 X-ray를 이용한 NDT 기법이 각 시험 전과 후에 실시되었다. 노즐 조립체에 대한 구조건전성 평가 시험에서 스트레인 및 변위 결과로는 구조물의 국부적인 균열 생성 현상을 정확하게 규명하기 곤란하였으나, AE 기법을 이용함으로써 균열들의 생성위치 및 하중을 정확하게 평가할 수 있었다. 이 시험을 통하여, 사출판과 노즐 조립체 사이에 존재한 간섭현상으로 인한 예기치 않은 하중에서 노즐 조립체의 복합재 내에 새로운 균열이 생성될 수 있음이 확인되었으며, 이들 균열은 구조물의 급격한 기능 상실의 원인이 될 수 있는 것으로 파악되었다. An acoustic emission technique was applied to the structural strength test for the structural integrity evaluation of the nozzle assembly. These AE results were compared with data from the strain gages and displacement transducer. NDT using X-ray technique was performed to improve the test reliability before and after each test. In this structural integrity evaluation of the nozzle assembly, the internal crack initiation in the structure could not be precisely revealed by the strain and displacement results but the location and load level of the initiated crack could be precisely evaluated by using AE technique. From this test, it was proven that some new cracks can be generated in composite liner of nozzle assembly under the unexpected load due to interference between obturator and nozzle and these can be a cause of the unexpected abnormal failure.

음향방출기법을 응용한 플라스틱 쉘 구조물의 건전성 평가 연구

설창원(Chang-Won Shul),이기범(Kee-Bhum Lee) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.12

본 연구에서는 고속 충격환경을 경험하는 플라스틱 구조 소재에 대한 인장속도별 물성평가 시험 및 구조건전성 평가에 음향방출 기법을 적용하였다. 인장속도별 물성 평가시험을 통하여 플라스틱 소재 구조물의 건전성 평가에 유용한 음향방출 신호 특성 인자들을 획득하였다. 인장속도에 따른 인장강도는 저속 인장속도 구간에서는 속도가 증가함에 따라 강도가 증가하는 특성을 보여주었으나 일정 속도 영역 이상의 고속 인장시험에서는 인장속도 증가와 무관하게 일정한 강도 값을 나타내었다. 정적 압축 구조시험에서는 음향방출 기법을 적용함으로써 플라스틱 쉘 구조물의 균열발생 시점 및 위치 등을 정확히 평가할 수 있었다. An acoustic emission technique is applied to the tensile tests of the plastic specimen under the different test speeds and the structural integrity evaluation of the plastic shell structure. Several AE characteristics are acquired from the tensile tests and they are proven to be useful parameters in evaluating its structural integrity. The results shows that tensile strength has almost constant value over some higher speed region while revealing some increasing tendency in strength as the test speeds up in lower speed region. The crack initiation loads and locations are accurately evaluated during the static compression testing of the plastic shell structures by using acoustic emission technique.

공기압식 외력부가방법을 이용한 구조강도 시험기법 연구

김종환(Jong-Hwan Kim),이기범(Kee-Bhum Lee),김호연(Ho-Yeon Kim) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.4

일반적으로 기체 구조물 개발시 운용조건에서의 구조설계 해석 검증 및 구조강도확인을 위해서 구조강도시험이 수행된다. 본 논문에서는 구조시험 하중부가방법 중 응력집중에 의해 파손되기 쉬운 재료를 기체 지지구조로 사용하고자 할 때 구조물 표면에 공기압을 이용하여 국부적 응력집중을 피하면서 분포하중을 부가할 수 있는 새로운 외력부가장치의 개발에 대하여 기술하였다. 본 장치는 부드러운 재질의 하중전달용 매개체를 이용하여 구조물 표면에 손상을 주지 않고 외력을 전달할 수 있으며, 임의형상 구조물에 대하여 쉽게 응용이 가능하다. 본 장치를 이용하여 평판구조물과 곡면구조물에 대하여 외력부가 구조강도시험을 성공적으로 수행함으로써 적용시험기법의 타당성을 입증하였다. The structural strength tests are usually performed to evaluate the structural strength and to verify the structural design and analysis of the vehicle structures. In this paper, the development of a compressed loading type apparatus to load distributed force over the surface of vehicle structure subjected to external loads was described. This apparatus is for structural materials which are easily to fail because of concentrated stresses. This apparatus can apply loads to specimens without any damage on the test specimen's surfaces by using flexible membrane and can be applicable to several kinds of surface profile of structures. The structural strength tests for the flat structure and curved structure with this apparatus were successfully performed, and the test results showed that this type of loading apparatus can be adequate to verify the structural integrity of the fragile structures.

외력과 열하중을 동시에 받는 판구조의 열-기계적 특성

김종환(Jong-Hwan Kim),이기범(Kee-Bhum Lee),황철규(Cheol-Gyu Hwang) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.11

본 연구에서는 외력과 열을 동시에 받는 판구조에 대하여 구조적 강도를 평가하기 위하여 열응력 해석 및 열기계적 실험을 수행하였다. 초음속 비행체의 날개 유사 모델인 판구조에 대한 열 및 외력 환경구현을 위하여 석영램프를 이용한 복사가열기와 하중부가 시스템을 사용하였으며, 소성을 가미한 탄소성 유한요소 해석을 병행하여 열기계적 거동을 파악하였다. 시험은 외력 유지 상태에서 일정 온도 유지환경과 10℃/sec의 가열률 환 경하에서 이루어졌다. 해석 및 실험에 의한 결과들을 이용하여 가열환경에 따른 구조물의 거동 특성을 파악하였으며, 상온에서의 구조강도 결과와 비교 고찰하였다. 본 연구를 통하여 초음속 비행체와 같이 외력과 열 환경을 경험하는 구조물에 대한 실험 및 해석적 방법을 제시하였고, 획득된 자료들은 비행체 내열 구조 설계시 열적 강도 판단의 참고자료로 활용될 수 있을 것이다. The thermo-mechanical analysis and test were performed for plate structure under mechanical and thermal loading conditions. Infrared heating system and hydraulic loading system were used to simulate mechanical and thermal environment for the plate structure which is similar to the fin of the airframe. Also, FEM analysis using plastic option was added to evaluate thermo-mechanical behavior. Thermo-mechanical tests were conducted at elevated temperature and rapid heating(10℃ / sec) condition with external loading together. To investigate the effect of heating environment, the strength at room temperature was compared with that of elevated temperature and rapid heating condition. A methodology for test and analysis for supersonic vehicle subjected to aerodynamic loading and heating was generated through the study. These experimental and analysis results can be used for designing thermal resistance structures of the supersonic vehicle.

항공기 전기체 내구성시험 기법 개발

설창원(Chang-Won Shul),양명석(Myung-Seog Yang),이기범(Kee-Bhum Lee),정재권(Jae-Kwon Jung),강휘원(Hui-Won Kang),이경용(Kyung-Yong Lee) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.6

본 논문에서는 기체 구조건전성 기준서(MIL-HDBK-1530B) 및 기체 구조건전성 프로그램(ASIP)에 의거하여 고등 훈련기(T-50)의 구조건전성평가와 양산 결정자료 획득을 위한 전기체 내구성시험 기법 개발에 대하여 기술하였다. 전기체 부유식 시험조립 기법, 시험하중 최적화 모사 기법, 시험부가 장치 설계 기법, 시험조립 설계 및 설치 기법, 시험안전장치 설계 및 운용 기법 및 전기체 내구성시험 수행 결과를 수록하였다. 1배 수명 전기체 내구성시험을 성공적으로 수행함으로써 시험기법의 타당성을 입증하였다. This paper describes the test technique for the full-scale airframe durability test according to the military handbook(MIL-HDBK-1530) and ASIP(Aircraft Structure Integrity Program) to evaluate structural integrity and to obtain basic data for IPA(Initial Production Approval) of the Korean advanced trainer(T-50). This paper covers the full-scale airframe floating setup technique, the optimized test load simulation method, test rig design technique, test setup design and installation techniques, test safety device design and operation technique, and durability test results. As 1st life durability test was successfully performed, it was confirmed that this method is available in a full-scale airframe structural test.

상온접합 본딩이 있는 복합재 날개의 저온 구조시험

하재석(Jae Seok Ha),박찬익(Chan Yik Park),이기범(Kee Bhum Lee) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.10

본 논문에서는 상온접합이 있는 무인기 복합재 날개의 저온 구조시험에 대하여 소개하였다. 본 시험에 사용된 날개구조는 탄소섬유 강화 복합재료로 구성되며, 내부 구조물과 스킨은 상온접착제로 접합되었다. 또한 날개구조의 손상허용성을 검증하기 위하여 육안으로 확인이 거의 불가능한 충격손상을 스킨의 주요 부위에 인위적으로 적용하였다. 무인기 운용 고도의 온도환경을 모사하기 위한 저온 챔버를 특별히 제작하였으며, 날개구조는 챔버내에 고정시키고 챔버 외부에 설치한 유압 작동기를 이용하여 하중을 부가하였다. 구조시험은 변형률 개관시험 및 1배 수명 피로하중 스펙트럼에 대한 손상허용시험으로 구성된다. 변형률 게이지와 광섬유 센서를 이용하여 본딩영역 및 주요 부위의 변형률을 측정하였으며, 압전 구동기/센서를 이용하여 손상의 변화를 모니터링 하였다. 시험결과로부터 날개구조는 1배 수명에 대한 운용환경을 모사한 환경 하에서 구조적 건전성을 보유하고 있음을 확인하였다. This paper presents low temperature structural tests of a UAV wing which has room temperature-curing adhesive bond. The wing structure is made of carbon fiber reinforced composites, and the skins are bonded to the inner structures (such as ribs and spars) using room temperature-curing adhesive bond. Also, to verify damage tolerance design of the wing structure, barely visible impact damages are intentionally created in the critical areas. The attachment fittings of the wing are fixed in a specially designed chamber which can simulate the low temperature environments of the operating altitudes. The test load is applied by hydraulic actuators which are placed outside the chamber. The structural tests consist of strain survey tests and a durability test for 1-life fatigue load spectrum. During the tests, strains of major parts are measured by strain gauges and FBG sensors. The change of the initial impact damages is also monitored using piezoelectric sensors. The 1-life damage tolerance of the composite structure is verified by the structural tests under the simulated environments.