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복합재 헬리콥터 로터 허브 시스템의 제작 및 기본 물리량 시험
기영중(Youngjung Kee),김태주(Taejoo Kim),윤철용(Chulyong Yun),김덕관(Doegkwan Kim) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.6
본 논문에서는 복합재료를 이용하여 플렉스빔과 토크튜브를 제작하기 위한 공정과 기본 물리량 시험과정을 소개하였다. 플렉스빔과 토크튜브는 헬리콥터에 적용되는 무베어링 로터 허브 시스템을 구성하기 위한 핵심 구성품이다. 토크튜브는 블레이드의 피치각을 변화시키기 위한 조종력을 전달하며, 플렉스빔은 구조적인 변형을 통해 플랩, 래그 및 페더링 힌지를 구현하는 기능을 담당한다. 지상회전시험을 수행하기에 앞서 플렉스빔과 토크튜브 및 블레이드의 플랩강성, 래그강성 및 토션강성을 측정하기 위한 기본 물리량 시험을 수행하였다. 또한, 해석을 통해 예측된 단면 강성과 기본 물리량을 통해 획득된 강성 값을 비교하였으며, 그 결과를 통해 복합재료로 제작된 플렉스빔과 토크튜브가 구조적인 강성 요구도를 만족함을 확인할 수 있었다. This paper describes the manufacturing processes for a flexbeam and torque tube made of composite materials, along with the procedures for testing their basic properties. A flexbeam and torque tube can be considered to be key structural components of a bearingless rotor hub system. A hinge offset effect can be realized by a large elastic deformation and twist of the flexbeam, and the blade pitch control forces are transferred by the rotation of the torque tube. The basic property tests included bending and twist tests to determine the flap stiffness, lag stiffness, and torsion stiffness of the flexbeam, torque tube, and blade, and these tests were performed prior to starting the whirl tower test. In addition, the estimated results were compared with experimental data, and the calculations were found to be a good match for the analysis results and had a similar tendency. Through these results, we could confirm that a flexbeam and torque tube made of composite materials satisfied the structural stiffness requirements.
소형민수헬기 주로터 풍동시험을 위한 마하 스케일 블레이드 설계
기영중(YoungJung Kee),박중용(JoongYong Park) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.2
본 연구에서는 소형민수헬기(Light Civil Helicopter, LCH)의 풍동시험에 필요한 축소 로터블레이드에 대해 내부 구조설계와 동특성 및 하중해석을 수행하였다. 축소로터 풍동시험은 로터 시스템의 공력성능과 소음 특성을 평가하기 위해 수행되므로, 실제 크기의 로터시스템과 동일한 공력 특성을 모사할 수 있도록 축소 블레이드 설계 시 마하 스케일(Mach-scale) 기법을 적용하였다. 마하 스케일 블레이드는 실물 블레이드의 끝단속도(blade tip speed)와 동일한 값을 유지할 수 있도록 로터의 회전속도를 증가시켜야 하며, 블레이드 중량, 단면강성 및 고유진동수 등은 특정한 축소계수(λ, scaling factor)를 통해 조정된다. 블레이드 내부의 주요 구성품인 스킨, 스파, 토션박스 등을 설계하기 위해 탄소섬유와 유리섬유 계열의 복합소재를 적용하였으며, 국내에서 수급이 가능한 프리프레그(prepreg) 형태의 복합소재를 적용하였다. 내부구조 설계가 완료된 블레이드에 대해 단면강성을 평가하기 위해 KSec2D 프로그램을 사용하였으며, 회전익 항공기의 통합해석 프로그램인 CAMRADII를 이용하여 축소 블레이드의 하중 분포와 동역학적 특성을 검토하였다. In this study, the internal structural design, dynamic characteristics and load analyses of the small scaled rotor blade required for LCH(Light Civil Helicopter) main rotor wind tunnel test were carried out. The test is performed to evaluate the aerodynamic performance and noise characteristics of the LCH main rotor system. Therefore, the Mach-scale technique was appled to design the small scaled blade to simulate the equivalent aerodynamic characteristics as the full scale rotor system. It is necessary to increase the rotor speed to maintain the same blade tip speed as the full scale blade. In addition, the blade weight, section stiffness, and natural frequency were scaled according to the Mach-type scaling factor(λ). For the design of skin, spar, torsion box, which are the main components of the blade, carbon and glass fiber composite materials were adopted, and composite materials are prepreg types that can be supplied domestically. The KSec2D program was used to evaluate the section stiffness of the blade. Also, structural loads and dynamic characteristics of the Mach scale blade were investigated through the comprehensive rotorcraft analysis program CAMRADII.
기영중(Youngjung Kee),김승호(Seung-Ho Kim),정재권(Jae-Kwon Jung),허장욱(Jang-Wook Heo) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11
Helicopter rotor systems are dynamically loaded structures with many composite components such as main and tail rotor blades. Fatigue properties of composite materials are extremely important to design durable and reliable helicopter rotor blades. The safe-life methodology has been generally used in the helicopter industry to substantiate dynamically loaded composite components. However, it is not available to evaluate the strength reducing effects of flaws and defects that may occur in manufacturing and operational usage. Damage tolerance methodology provides a proper means to overcome this shortcoming, but it is difficult to economically apply it to every composite components. Flaw tolerant methodology is an equivalent option to damage tolerance for civil and military rotorcraft. The flaw tolerant safe life evaluation is described and illustrated by means of successful application to substantiate the retirement time of composite blades.