중형항공기 고효율 복합재 블레이드의 설계 연구

A Study on Structural Design of High Efficency and Lightweight Composite Propeller Blades of Regional Aircraft

본 연구에서 터보프롭 항공기의 프로펠러 블레이드에 대한 구조 설계 연구를 수행하였다. 프로펠러는 고속으로 비행할 수 있는 추력을 얻기 위해 구조적으로 높은 강도가 요구된다. 본 연구에서는 로펠러 구조 설계 시 고강도 및 고강성의 특성을 지닌 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화를 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형태를 채택하였다. 구조 설계 하중은 블레이드에 작용하는 공력하중과 원심 하중을 분석하여 결정하였으며, 스파 플렌지는 굽힘 하중을 담당하고 스킨은 전단 하중을 담당하도록 복합재료 설계 개념을 반영하였다. 구조 안전성을 평가하기 위하여 상용 유한 요소 해석 코드인 나스트란을 활용하여 구조 해석을 수행하였다. 최종 공력 및 구조 설계 결과 분석을 통하여 설계된 프로펠러 블레이드의 효율이 우수하며 안전한 구조인 것으로 검토되었다.

In this study, structural design of the propeller blade for turboprop aircraft was performed. The propeller shall have high strength to get the thrust to fly at high speed. The high stiffness and strength carbon/epoxy composite material was used for the major structure and skin-spar-foam sandwich structural type was adopted for improvement of lightness. As a design procedure for the present study, firstly the structural design load was estimated through investigation on aerodynamic load and then flanges of spars from major bending loads and the skin from shear loads were preliminarily sized using the netting rule. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis was performed by finite element analysis code MSC. NASTRAN. Finally, it is investigated that designed blade have high efficiency and structural safety to analyze of aerodynamic and structural design results.