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Structural Design and Analysis for Carbon/Epoxy Composite Wing of A Small Scale WIG Vehicle

소형 위그선의 탄소/에폭시 복합재 주익의 구조 설계 및 해석에 관한 연구

  • 박현범 (조선대학교 항공우주공학과) ;
  • 강국진 (한국해양연구원 해양시스템안전연구소) ;
  • 공창덕 (조선대학교 항공우주공학과)
  • Published : 2006.10.31

Abstract

In this paper, conceptual structural design of the main wing for a small scale WIG(Wing in Ground Effect) among high speed ship projects, which will be a high speed maritime transportation system for the next generation in Rep. of Korea, was performed. The Carbon/Epoxy material was selected for the major structure, and the skin-spar with a foam sandwich structural type was adopted for improvement of lightness and structural stability. As a design procedure for the present study, firstly the design load was estimated through the critical flight load case study, and then flanges of the front and rear spars from major bending loads and the skin and the spar webs from shear loads were preliminarily sized using the netting rule and the rule of mixture. Stress analysis was performed by a commercial FEA code, NASTRAN. From the stress analysis results for the first designed wing structure, it was confirmed that the upper skin between the front spar and the rear spar was unstable fer the buckling. Therefore in order to solve this problem, a middle spar and the foam sandwich type structure at the skin and the web were added. After design modification, the structural safety and stability for the final design feature was confirmed. In addition to this, the insert bolt type structure with eight high strength bolts to fix the wing structure to the fuselage was adopted for easy assembly and removal as well as in consideration of more than 20 years fatigue life.

본 논문에서 한국해양연구원에서 개발 중인 20인승급 소형 위그선의 주익 구조 설계 및 해석에 관한 연구를 수행하였다. 경량화를 위해 탄소/에폭시 복합재료를 적용하였으며, 구조 형태는 스킨 스파 폼 샌드위치 구조를 사용하였다. 개념 설계에는 복합재 설계 개념을 반영하였고, 상세 설계 및 경량화 구조 설계에는 상용 유한 요소 코드인 NASTRAN을 이용하여 구조 설계를 수행하였다. 여러 단계의 구조 설계 변경을 통해 최종 구조 설계 결과는 설계 요구 조건을 만족하는 결과임을 확인하였다. 또한 주익을 동체에 고정하기 위해 8개의 고강도 볼트를 이용한 삽입 볼트형 구조가 용이한 장탈과 20넌 이상의 피로 수명의 고려를 통해 채택되었다.

Keywords

References

  1. Nikolai Kornev, Konstantin Matveev, 'Complex Numerical Modleing of Dynamics and Crashes of Wing-In-GroundVehicles,' AlAA2003-600, 2003
  2. 신명수, 김윤식, 강국진, '20인승급 소형 위그선의 최상급 요구 조건과 실선 성능 추정' 한국군사과학기술학회 2006년 종합학술대회
  3. 고재용, '표면효과익선의 구조 강도에 관한 연구' 한국해양항만학회, 2002년 제26권 2호
  4. 이정진, '해면효과익선의 구조 개념 설계,' 1999년 한국 항공 우주학회 추계 학술발 표회
  5. F. Wojewodka, 'Design of Simple Light Aircraft,' Cranfield University, 1973
  6. Dr. I. R. Farrow, 'An Introduction to Composite Materials;' Department of Aerospace Engineering Bristol University Lecture Note, 1998
  7. E. F. Bruhn, B.S., M.S., C. E, 'Analysis and Design of Flight Vehicle Structures,' Tri-State Offset Company, 1973
  8. Michaael C.Y.Niu, 'Airframe Structural Design,' Hong Kong Conmilit Press Ltd, 1988
  9. Bruce K. Donaldson, 'Analysis of Aircraft Structure, An Introduction International Editions 1993,' McGraw-Hill, 1993
  10. C Kong, 'Structural Investigation of Composite Wind Turbine Blade Considering Various Cases and Fatigue Life,' ENERGY, Vol. 30, 2005, p. 2101-2114 https://doi.org/10.1016/j.energy.2004.08.016
  11. MSC, Software, 'MSC. NASTRAN 2005 Release Guide,' 2005
  12. 권진희, 구교남, 문창오, 박정선, 우경식, 정성남, 'NASTRAN으로 배우는 전산 구조 해석' 경문사, 2004
  13. MSC, Software, 'NAS122-Dynamic Analysis Using MSC.Patran and MSC. NASTRAN Course Notes Vol. 1, 2006