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헬리콥터 진동 하중 저감을 위한 능동 뒷전 플랩이 장착된 SNUF 블레이드의 유연보의 설계 및 해석
임병욱(Byeong-Uk Im),은원종(Won-Jong Eun),신상준(SangJoon Shin) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.7
본 논문에서는 헬리콥터의 전진비행시 발생하는 허브 진동 하중 저감을 위해 설계된 능동 뒷전 플랩이 장착된 SNUF 블레이드의 무베어링 주 로터 적용 설계에 대해 살펴보았다. 이를 위해 EDISON의 박벽 복합재료 회전보 진동해석 프로그램(CORBA77_MEMB)을 이용하여 유연보의 단면 설계가 이루어졌다. 다물체 동역학 해석 프로그램 DYMORE를 이용하여 단면 설계에 따른 블레이드 동특성 및 능동 뒷전 플랩을 이용한 하중 제어의 특성을 예측하였다. This paper presents design of a bearingless main rotor of SNUF (Seoul National University Flap) blade equipped with active trailing-edge flap to reduce the hub vibratory loads during helicopter forward flight. For that purpose, sectional design of the flexbeam is carried out using the thin-walled composite material rotating beam vibration analysis program (CORBA77_MEMB) in EDISON. Using the multi-body dynamics analysis program, DYMORE, blade dynamic characteristics and those of the loads control are examined using the active trailing-edge flap in terms of the flexbeam sectional design.
인간동력항공기의 붙임각 변화에 따른 날개 끝단 굽힘변위 최소화 연구
이창배(Chang-Bae Lee),임병욱(Byeong-Uk Im),주현식(Hyun-Shik Joo),신상준(Sang-Joon Shin) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.2
인간동력항공기의 날개는 고세장비의 형상을 가지고 있어 큰 굽힘변위가 발생한다. 본 논문에서는 고세장비 형상의 날개가 가지는 구조적인 한계를 붙임각을 변경함으로써 개선하고자 하였다. 날개의 익형 및 단면형상을 고정시킨 후 동일 수준의 양력 발생을 만족시킨다는 전제하에 붙임각의 변경에 따른 날개 끝단의 굽힘변위 변화 경향을 관측하였다. 이를 위해 유한날개의 양력, 항력, 모멘트 하중을 날개의 각 섹션에 분포시켰다. 그리고 EDISON의 “geometrically exact beam (GEB)” 프로그램과 “Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis (VABS)” 단면해석 프로그램을 사용하여 변경된 설계안의 구조 안전도를 평가하였다. 또한, 다물체 동역학 해석 프로그램 DYMORE를 이용하여 본 논문에서 예측한 날개의 끝단 변위 예측값을 비교 검증하였다. Human-powered aircraft has wings with a shape of high aspect ratio which results in large bending displacement. This paper aims to improve the structural limitation by changing an incidence angle of the wings. The tendency change of bending displacement at the wing tip is observed assuming that airfoil and cross-sectional shape of the wing is fixed, and amount of the total lift generated is satisfied. Quasi-steady lift, drag and the aerodynamic moment are distributed with regard to sections of the wing. Those are analyzed using a numerical nonlinear lifting-line method and ‘geometrically exact beam’ (GEB) program in EDISON. ‘Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis’ (VABS) program is used to check if the present wing is structurally solid. Furthermore, the predicted tip deflections are verified by comparing with DYMORE.
큐브위성 임무를 위한 테이프 스프링 힌지의 비선형 거동 분석 및 실험
유정욱(JeongUk Yoo),임병욱(Byeong-Uk Im),신상준(SangJoon Shin) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.10
본 연구에서는 최근 다양한 큐브위성 임무에 사용되는 테이프 스프링 힌지의 거동 해석을 수행하였다. 테이프 스프링은 곡선 단면을 갖는 직선형의 얇은 스트립이며 곡률에 따라 달라지는 강성변화로 인해 비선형성이 강하게 발생한다. 이전 연구에서 제시된 회전-모멘트 선도 모델을 바탕으로 테이프 스프링의 거동 특성을 분석하였으며, 시중에 판매되는 상용 테이프 스프링 형상을 정확하게 모사하여 ABAQUS 수치 해석을 진행하였다. 테이프 스프링을 굽히는데 소요되는 최대 모멘트를 예측하였으며 단면의 원호각이나 두께 등의 변화에 따른 파라미터 스터디를 수행하였다. 또한 간략한 실험을 통해 수치해석 결과를 비교 검증하여 보다 정밀한 큐브위성 동적 거동 해석을 위한 향후 연구 방향을 제시한다. This paper explores an implementation of finite element analysis and experiment in the design process of a tape spring hinge used for various CubeSat missions. Tape spring hinges consist of short-length hardened-steel strips with one-sided curvature, and thus the behavior is subject to large deformation with unpredicted non-linearity. Precise dimensions of a commercial tape spring are traced by the use of high-resolution digital camera, and thin-shell FEM analysis is conducted using ABAQUS program. Based on the rotation-moment analysis suggested in previous studies, parametric analysis is conducted by adjusting the contributing factors such as strip thickness and the subtended angle of the cross section. Finally the behaviors are investigated by both analytical and non-linear finite element methods, and the results are compared with the simple measurements. Further studies suggest a possible application in dynamic characteristics of hinges during CubeSat operations.
이창배(Chang-Bae Lee),장기주(KiJoo Jang),임병욱(Byeong-Uk Im),신상준(SangJoon Shin) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.7
회전익 항공기의 로터 블레이드는 공기역학, 구조적 유연성, 제어 가능성 등의 상호작용 효과를 고려한 설계가 필요하다. 역설계는 형상정보 및 실험결과를 통해 공통된 특성을 갖는 구성품을 설계할 때 유용하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 BO-105 헬리콥터의 복합재 로터 블레이드를 선정하여 공통된 특성을 갖도록 역설계하고자 하였다. 이를 위해 로터 블레이드를 여러 구간으로 나누어 복합재료가 단면에 따라 연속적으로 적층될 수 있도록 역설계를 수행하였다. 각 구간에 대해서는 variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) 단면해석 프로그램을 사용하여 설계안의 플랩 방향, 래그 방향 및 비틀림 강성값이 실험 결과와 일정 수준 이하의 차이를 갖도록 하였다. 최종으로 CAMRAD II를 통해 특정 비행 조건에서 로터 블레이드에 작용하는 하중을 예측한 후 설계된 블레이드가 구조적으로 유효한지 확인하였다. Helicopter rotor blade is required to be designed by considering the interacting effects among aerodynamics, flexibility, and controllability. The reverse design allows the structural components to have common characteristics by using the configuration numerics and experimental results. This paper aims to design the composite rotor blade which will feature common characteristics with that of BO-105. The present engineering design procedure is done by dividing the rotor blade into a few sections and composite laminates across the cross section. For each section, variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) program is used to evaluate its flapwise, lagwise, and torsion stiffnesses to have discrepancy smaller than certain tolerance. Finally, CAMRAD II is used to predict the stress acting on the rotor blade during the specific flight condition and to check whether the present deign is structurally valid.