회전익항공기용 연료탱크 충돌충격시험 수치모사 연구

Numerical Simulation of Crash Impact Test for Fuel Tank of Rotorcraft

  • 김현기 (한국항공우주연구원 항공계통팀) ;
  • 김성찬 (한국항공우주연구원 항공계통팀) ;
  • 이종원 (한국항공우주연구원 미래비행체연구팀) ;
  • 황인희 (한국항공우주연구원 항공구조팀) ;
  • 김경수 ((주)프리즘)
  • 투고 : 2011.04.04
  • 심사 : 2011.07.09
  • 발행 : 2011.10.31

초록

항공기 기체와의 체결부위가 많은 연료탱크는 체계연관성이 큰 대표적인 핵심 구성품 중의 하나로 다루어져 왔다. 회전익항공기에 광범위하게 적용되고 있는 내충격성 연료탱크는 항공기 추락 시 탑승자의 생존성 향상에 크게 기여하고 있다. 미육군에서는 항공기 추락 후 화재에 의한 인명손실을 원천적으로 방지하기 위해 군용 회전익기 역사의 초기 단계부터 연료탱크 고유의 내충격성에 관련된 군사규격을 제정하여 적용해 왔다. V-22 등의 잘 알려진 사례에 따르면 미군사규격(MIL-DTL-27422D)에서 요구하고 있는 연료탱크 충돌충격시험을 원활하게 통과하지 못하는 경우, 해당 연료탱크가 장착되는 항공기 자체의 개발일정에 심각한 지장을 초래한다. 연료탱크 충돌충격시험은 시편자체의 제작비용 및 준비기간이 상당히 소요되므로, 설계 초기단계부터 충돌충격시험에 대한 일련의 수치적 모사(numerical simulation)를 통해 실물에 의한 시행착오의 가능성을 최소화해야 한다. 본 연구에서는 충돌모사 프로그램인 Autodyn을 이용하여 연료탱크 충돌충격시험에 대한 수치적 모사를 수행하였으며, 그 결과로 구해진 등가응력 및 내부압력 평가를 통해 회전익항공기용 연료탱크의 내충격 성능을 고려한 설계방향을 제시하였다.

Since aircraft fuel tanks have many interfaces connected to the airframe as well as the fuel system, they have been considered as one of the system-dependent critical components. Crashworthy fuel tanks have been widely implemented to rotorcraft and rendered a great contribution for improving the survivability of crews and passengers. Since the embryonic stage of military rotorcraft history began, the US army has developed and practised a detailed military specification documenting the unique crashworthiness requirements for rotorcraft fuel tanks to prevent most, hopefully all, fatality due to post-crash fire. The mandatory crash impact test required by the relevant specification, MIL-DTL-27422D, has been recognized as a non-trivial mission and caused inevitable delay of a number of noticeable rotorcraft development programs such as that of V-22. The crash impact test itself takes a long-term preparation efforts together with costly fuel tank specimens. Thus a series of numerical simulations of the crash impact test with digital mock-ups is necessary even at the early design stage to minimize the possibility of trial-and-error with full-scale fuel tanks. In the present study the crash impact simulation of a few fuel tank configurations is conducted with the commercial package, Autodyn, and the resulting equivalent stresses and internal pressures are evaluated in detail to suggest a design improvement for the fuel tank configuration.

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참고문헌

  1. 김현기, 김성찬, 이종원, 황인희, 허장욱, 신동우, 전필선, 정태경, 하병근 (2010) 회전익항공기용 연료탱크 내추락 성능 시험평가, 한국항공우주학회지, 38(8), pp.806-812.
  2. Robertson, S.H., Johnson, N.B., Hall, D.S., Rimson, I.J. (2002) A Study of Helicopter Crash- Resistant Fuel Systems, DOT/FAA/AR-01/76, Final Report.
  3. Langston W. Weinberg, (1965) Crashworthiness Evaluation of an Energy-Absorption Experimental Troop Seat Concept, USA TRE COM TR 65-6.
  4. Karen E. Jackson, Edwin L. Fasanella, Karen H. Lyle, (2006) Crash Certification by Analysis - Are We There Yet?, American Helicopter Society 62nd Annual Forum, Phoenix, AZ.
  5. U.S. Army Aviation and Missile Command, (2007) Detail Specification for the Tank, Fuel, Crash- Resistant, Ballistic-Tolerant, Aircraft, MIL-DTL- 27422D.
  6. Ugone, Mary L., Meling, John E., Snider, Jack D., Gause, Neal J., Carey, Alice F. (2002) Acquisition: Fuel Cells of the V-22 Osprey Joint Advanced Vertical Aircraft, D-2003-013.