항공기 가스터빈 엔진 위험도 평가 사례 연구: 아크 바인딩에 의한 CT7 엔진 1단계 터빈 블레이드 피로 균열

조환정,권혁준,이두열,김민생,김신곤 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.12

Risk assessment is widely used in the aircraft industry as safety is a top priority in decision-making. The Weibull analysis, which often estimates the reliability of a gas turbine engine design, is key in risk assessment. In particular, the benefits of risk assessment become outstanding when handling an unfamiliar failure and planning for follow-on maintenance measures. This paper discusses the risk assessment of fatigue cracking of the 1st stage turbine blades of the CT7 gas turbine engine of a ROKAF CN-235 cargo airplane owing to platform arch binding. First, we explain the failure mechanism of high cycle and low cycle fatigue cracking owing to platform arch binding. Then, following the theories in risk assessment, we discuss detailed methods for calculating the probability of fracture in CT7 engine turbine blades and determine their optimized replacement interval based on established aircraft gas turbine engine risk indices. 위험도 평가는 의사결정 과정에서 안전이 최우선적으로 고려되는 항공 분야에서 많이 활용된다. 와이블 분석을 이용한 위험도 평가기법은 설계 시 항공기용 가스터빈 엔진의 신뢰성을 예측하고 운영 중 발생하는 고장의 위험도를 평가하는데 유용하다. 특히, 운영자가 과거에 경험하지 않은 결함이 발생한 후 관련 정비 대책을 수립할 때 위험도 평가의 유용성은 더 부각된다. 본 연구는 아크 바인딩에 의한 한국 공군의 CN-235 항공기용 CT7 가스터빈 엔진 1단계 터빈 블레이드의 피로 균열에 대한 위험도를 평가한 사례를 고찰한다. 먼저, 아크 바인딩에 의한 터빈 블레이드의 고주기 및 저주기 피로 균열 파손 메커니즘을 논의한다. 위험도 평가 과정을 이해하기 위한 배경 이론을 소개한 후, CT7 가스터빈 엔진의 고장 확률을 계산하고, 항공기용 가스터빈 엔진 위험도 지표에 따라 터빈 블레이드의 교체 주기를 결정하는 방법과 그 결과를 논의한다.

항공기 가스터빈엔진 손상분석 및 위험도 평가 사례

조환정(Hwanjeong Cho),권혁준(Hyeok-Jun Kwon),이두열(Dooyoul Lee),김민생(Min-saeng Kim),김신곤(Sinkon Kim) 대한기계학회 2020 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2020 No.11

Nondestructive inspection of spent nuclear fuel storage canisters using shear horizontal guided waves

최성호,조환정,Cliff J. Lissenden 한국원자력학회 2018 Nuclear Engineering and Technology Vol.50 No.6

Nondestructive inspection (NDI) is an integral part of structural integrity analyses of dry storage casksthat house spent nuclear fuel. One significant concern for the structural integrity is stress corrosioncracking in the heat-affected zone of welds in the stainless steel canister that confines the spent fuel. Insitu NDI methodology for detection of stress corrosion cracking is investigated, where the inspection usesa delivery robot because of the presence of the harsh environment and geometric constrains inside thecask protecting the canister. Shear horizontal (SH) guided waves that are sensitive to cracks orientedeither perpendicular or parallel to the wave vector are used to locate welds and to detect cracks. SHwaves are excited and received by electromagnetic acoustic transducers (EMATs) using noncontact ultrasonictransduction and pulse-echo mode. A laboratory-scale canister mock-up is fabricated andinspected using the proposed methodology to evaluate the ability of EMATs to excite and receive SHwaves and to locate welds. The EMAT's capability to detect notches from various distances is evaluated ona plate containing 25%-through-thickness surface-breaking notches. Based on the results of the distancesat which notch reflections are detectable, NDI coverage for spent nuclear fuel storage canisters isdetermined.

실제 비행자료를 이용한 한국공군 F-16 블록 32 기골 내구성 및 손상허용해석 최신화

진승우,조환정,백세일,문창오 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

한국공군 F-16C/D Block 32 수명관리 최신화를 수행하기 위해, 항공기에 장착된 비행기록장치로부터 내려 받은 비행자료를 분석하여 기준 운용하중 스펙트럼을 단좌 및 복좌 형상에 대해 각각 개발하였다. 또한 개발된 스펙트럼을 적용하여 한국공군 F-16 단좌 및 복좌 형상에 대한 내구성 및 손상허용해석을 최신화하였다. 한국공군 고유의 운용하중 스펙트럼을 수명해석에 적용하였기 때문에 내구수명과 손상허용 초기검사 주기가 현재 정비 활동의 기준인 미국공군 데이터에 비해 상당히 증가함을 확인하였다. 결론적으로, 이러한 한국공군 고유의 해석결과가 향후 F-16 기골 정비 활동을 위한 기초 데이터로 사용될 경우 비행 안전성은 유지하면서 정비 비용은 줄이고, 항공기 가동률을 높이는 데 기여할 수 있을 것으로 기대된다. For the purpose of Republic of Korea Air Force(RoKAF) F-16C/D Block 32 Force Management Update(FMU), the baseline operational loads spectra were developed for F-16C and F-16D models based on actual flight measured data from Crash Survivable Fight Data Recorder(CSFDR) equipped in F-16C/D Block 32 fleet. The durability and damage tolerance analyses were updated with the RoKAF baseline operational loads spectra (fleet average normal severity) for F-16C and F-16D models. Due to the application of RoKAF unique in-service loads spectra, the durability life and damage tolerance initial inspection interval have been increased considerably compared to previous USAF data. In conclusion, since the results of these analyses provide a basis for the airframe maintenance activities of the RoKAF Block 32 aircraft, it is expected that maintenance cost is decreased and fleet readiness is increased, while maintaining flight safety.

비파괴검사의 신뢰성이 공학위험분석에 미치는 영향

이두열(Dooyoul Lee),조환정(Hwanjeong Cho) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2022 No.5

인코넬 718 결정립 크기와 초음파 속도, 감쇄, 비선형 파라메터에 대한 실험적 고찰

권혁준 ( Kwon Hyeokjun ),조환정 ( Cho Hwanjeong ) 공군사관학교 2021 空士論文集 Vol.72 No.-

Nondestructive material evaluation using ultrasonics has received much of attention as an alternative to destructive methods. Grain size is an important microstructural features determining mechanical properties of metals including fatigue strength. A part with uneven grain size can cause severe damage to high-cost meachines like aircraft turbine engines. This study experimetally explores correlation of Inconel 718’s grain sze and linear and nonlinear ultrasonics features. First, it describes theories and experiment plans, followed by their results. The paper will discuss its meaning to nondestructive techniques to aircraft maintenance.

인코넬 718 결정립 크기와 초음파 속도, 감쇄, 비선형 파라메터에 대한 실험적 고찰

권혁준 ( Kwon Hyeokjun ),조환정 ( Cho Hwanjeong ) 공군사관학교 2021 군사과학논집 Vol.72 No.0

초음파를 이용한 비파괴적인 재료의 특성 평가는 파괴적인 평가 방법을 대체하는 것으로 주목을 받고 있다. 금속의 결정립 크기는 피로강도 등의 기계적 특성에 영향을 미치는 중요한 미세구조 특징이며. 결정립의 크기가 균질하지 않은 부품은 항공기용 가스터빈엔진과 같이 고가의 첨단장비를 손상시킬 수 있다. 본 연구는 선형 및 비선형 초음파 특성과 항공기용 가스터빈 엔진에 널리 사용되는 인코넬 718의 결정립 크기의 특성의 상관관계를 실험적으로 탐색한다. 먼저, 실험에 관련된 이론과 실험계획을 서술한다. 이어서, 열처리에 따른 인코넬 718 결정립 크기의 변화, 초음파 속도와 감쇄 측정결과, 비선형 파라메터 측정결과 순으로 실험결과를 설명한다. Nondestructive material evaluation using ultrasonics has received much of attention as an alternative to destructive methods. Grain size is an important microstructural features determining mechanical properties of metals including fatigue strength. A part with uneven grain size can cause severe damage to high-cost meachines like aircraft turbine engines. This study experimetally explores correlation of Inconel 718’s grain sze and linear and nonlinear ultrasonics features. First, it describes theories and experiment plans, followed by their results. The paper will discuss its meaning to nondestructive techniques to aircraft maintenance.

MAPOD방법에 의한 군용항공기 비파괴검사 검출능력 평가

박종운(Jongwoon Park),음성용(Sungroung Eum),조환정(Hwanjeong Cho) 한국비파괴검사학회 2022 한국비파괴검사학회 춘계학술대회 초록집 Vol.2022 No.5

민감도 분석을 통한 항공기 주 착륙장치 미접힘 결함에 미치는 주요 조인트 유격의 영향 연구

조성준(Sungjoon Cho),권혁준(Hyeok-jun Kwon),이두열(Dooyoul Lee),조환정(Hwanjeong Cho) 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.10

항공기 주 착륙장치가 접히지 않는 결함이 발생하였다. 결함의 직접 원인은 비정상적인 밸브 입력이고, 근본 원인은 주 착륙장치 조인트에 존재하는 유격의 누적으로 추정된다. 주 착륙장치는 하나의 유압 작동기와 여러 링크의 조립체이다. 결함에 미치는 영향이 큰 조인트를 식별하기 위해 주 착륙장치의 기구학 모델에 기반한 민감도 분석을 실시하였다. 모델에서 각 링크를 강체로 가정하였으며, 상대적인 위치는 기하학적으로 결정하였다. 민감도 분석 전 기술 도서 상의 데이터를 이용하여 모델을 교정하였다. 교정된 모델과 실험 계획에 기반하여 컴퓨터 실험을 실시하였다. 그 결과 비정상 작동을 일으키는 상대적으로 유력한 조인트를 찾을 수 있었다. 모델의 타당성 검증은 실제 결함 데이터를 활용하여 수행하였다. If a failure to retract the main landing gear occurs, the abnormal valve input is assumed to be the direct cause of such failure, and the accumulation of joint gaps throughout the system is thought to be its root cause. The main landing gear is an assembly of a hydraulic actuator and a linkage system consisting of joints and links. The system is complex; therefore, a sensitivity analysis was required to identify the important joints. A geometrical linkage model was developed where each link was assumed to be a rigid body. This model was calibrated using data provided in the maintenance manual of the aircraft. Computer experiments were conducted using both the calibrated model and the experimental design. As a result, a group of joints that had a dominant influence on the failure were identified. Finally, the validity of the model was evaluated using failure data.