• 비파괴검사학회지
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• 제31권4호
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• pp.382-390
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• 2011

최근 대형화되는 복합재 풍력 블레이드의 운전 중 발생되는 손상을 조기에 모니터링하기 위하여 블레이드 내부에 일제형으로 설치가 가능한 스마트 센서들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg grating) 센서를 복합재 모형 블레이드 후연부 시편에 부착하여 균열 또는 접착층 분리를 감지하는 실험을 수행하여 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자의 풍력 블레이드에 적용 가능성을 검토하였다. 블레이드 시편에 인가된 연장 하중이 1100 N부터 1260 N 사이에서 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 파장 이동 방향이 급격히 반전되는 결과로부터 전단 웹의 균열과 접착 분리 파손을 확인할 수 있었다. 블레이드에 사용하기 위한 노출된 광섬유 브래그 격자 센서는 깨지가 쉽기 때문에 이 단점을 보완하기 위하여 에폭시로 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자를 제작하였다. 블레이드 시편의 스킨 위에 제작된 탐촉자를 설치한 후 인장 시험을 수행한 결과 변형률에 대한 감지도는 약 1.3 ${\mu}{\varepsilon}$/pm으로 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 감지도와 거의 동일한 것으로 확인되었다. 한편 온도 감지도는 $80^{\circ}C$ 까지의 가열 테스트를 통하여 약 48 pm/$^{\circ}C$의 온도 감지도를 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권12호
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• pp.1909-1915
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• 2010

고온의 연소가스에서 운전되는 국내 가스터빈 부품들은 매일 기동정지를 반복함으로써 열사이클에 의해 재료특성에 변화가 발생한다. 최근 많은 가스터빈 고온부품들이 단결정 초내열 합금으로 제작되어 지지만 재료열화 예측을 통한 부품 교체와 정비에 대한 기준이 없어서 대부분 제작사에 의존하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 향후 수명평가와 손상분석의 기초자료로 활용하기 위해 실제 운전된 가스터빈 1 단 블레이드의 열화상태를 조사하였다. 사용한 블레이드는 25,000 및 52,000 의 등가운전시간(EOH : Equivalent Operating Hour)을 가졌으며, 재질은 단결정 초내열합금인 CMSX-4 이다. 사용된 블레이드에서 직접 시험편을 채취하여 기계적특성 시험 및 미세조직을 관찰하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제36권5호
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• pp.353-362
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• 2016

가스터빈 블레이드는 고온 고압의 환경 아래 장시간 가동하기 위하여 초합금 모재에 세라믹 코팅으로 이루어진 열차폐코팅(thermal barrier coating, TBC)은 필수요소이다. 하지만 TBC 또한 가스터빈 가동 중 일정 열화온도 및 가동시간에서 top coat의 박리현상이 일어난다. TBC의 박리는 블레이드의 손상과 직결되므로 가스 터빈의 안정적인 가동을 위해서 TBC의 박리 평가가 선행되어야 한다. 기존 비파괴평가 기법 연구는 산화알루미늄층(thermally grown oxide, TGO)의 생성 유무 또는 완전 박리의 정성적 평가가 이루어져 왔다. 본 연구에서는 TBC 박리를 정량적으로 평가하기 위해 초음파검사의 C-scan기법을 이용한 TBC의 부분박리손상 map을 구현하였다. 시편들은 $1,100^{\circ}C$로 등온열화하여 각각 열화시간을 변화시킨 시편들을 사용하였다. 단일 탐촉자를 이용한 펄스-에코법으로 C-scan을 수행하였고 TBC 내 부분박리를 검출하기 위해 초음파를 수침법으로 시편에 수직 탐상하였다. 그리고 Rogers-Van Buren과 Kim의 이론 반사식을 이용하여 부분박리영역 지름이 1 mm부터 6 mm까지 부분박리지수를 도출했다. 이를 적용하여 각 부분박리지수에 따른 부분박리 손상 map을 영상화하였다. TBC는 열화시간이 증가할수록 부분박리지수에 관계없이 부분박리영역이 모두 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 단일 시편 내에서 부분박리지수가 증가할수록 부분박리영역이 감소하는 것을 확인하였다. 부분박리손상 map의 부분박리영역에 따른 분포를 이용하여 TBC의 완전박리 기준과 잔여 수명을 또한 도출할 수 있었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권5호
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• pp.24-31
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• 2018

항공기의 블레이드 안테나에 대해 더미와 실 안테나의 조류충돌 해석과 시험을 수행하였다. 해석에서 조류는 SPH(Smooth Particle Hydrodynamics) 방법을 이용하여 모델링하였으며, 유체-구조 연성해석 (FSI, Fluid-Structure Interaction) 기법으로 조류와 안테나, 기체 체결부의 거동을 시뮬레이션 하였다. 실제 조류를 사용한 시험을 수행하여 안테나와 동체 사이의 체결부 손상 및 이탈여부를 확인하였으며, 항공기 기체의 구조건전성과 해석 및 시험 결과 사이의 상관성이 있음을 입증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권1호
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• pp.22-28
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• 2010

복합재 구조물의 손상을 탐지하기위해 비파괴 검사법이 폭넓게 사용되고 있다. 태핑시험은 복합적층판의 손상을 탐지하는데 가장 일반적으로 사용하는 방법이다. 이 방법은 가벼운 해머 같은 장치를 이용하여 검사부위를 두드리고, 국부적인 강성변화를 이용하여 구조물의 손상을 평가한다. 진동신호의 변화는 동적인 접촉하중을 측정하여 탐지할 수 있다. 본 연구에서는 구조물에 층간분리나 표면균열 등의 손상이 존재하는 경우 태핑 시 충격하중이력의 특성이 변하는 것을 보였다. 그리고 손상의 영향을 검토하기위해 균열이 있는 복합재 로터블레이드에 대한 충격해석을 수행하였다.

• 한국안전학회지
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• 제24권2호
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• pp.1-6
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• 2009

침식마모로 인하여 손상되어 차량화재를 유발한 차량용 워터펌프의 성능저하를 CFX프로그램을 이용하여 해석하였다. 손상에 따른 성능저하를 해석하기 위하여, 블레이드의 굽힘 변형과 간극의 증가를 고려하였다. 캐비테이션 해석 시에는 포화증기 발생과 응축 과정을 모델링하기 위하여 Rayleigh-Plesset 모델을 적용하였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제1권1호
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• pp.17-23
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• 1998

The blade failures are identified as the leading cause of unplanned outages for steam turbine. Most investigations of the failures are limited to material tests, chemical analysis of deposits, and possibly examination of material specimens. But to correct a blading problem requires more than positive identification of the mechanisms involved. An analytic procedure capable of predicting stress and dynamic characteristics of turbine blades is presented to increase steam turbine availability by decreasing blade failures. Finite element method is used to model and predict natural frequencies, steady and dynamic stresses of turbine blades. The procedure is illustrated by the case study. This procedure is used to guide, and support the plant manager's decision to avoid a costly, unplanned outage

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권5호
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• pp.65-71
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• 2019

본 논문에서는 성능개량사업의 일환으로 설계 정보가 제공되지 않은 노후 항공기의 블레이드 형상 신규 안테나를 항공기 외부 주요 부위에 장착 시, 이에 대한 피로 수명을 입증하는 방법을 검토하고 정리하였다. 각 항공기 제조사 및 설계 조건에 따라 피로 수명을 입증하는 여러가지 방법들이 존재하며, 본 연구에서는 관련 규정과 항공기 산업체들의 예를 통하여 안테나가 장착된 항공기 동체의 해당 부위에 피로 수명 예측과 손상 허용 범위를 계산하였다. 이 계산 결과를 통해서 노후 항공기 주요 부위에 신규로 장착된 안테나 주변 구조물에 대한 피로 수명을 평가하고 손상 허용에 따른 정비 주기 및 관련 기준들을 설정하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권8호
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• pp.8-14
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• 2019

조류 충돌은 항공 운항에서 안전에 관한 가장 중요한 설계 요인이며 고정익 및 회전익 항공기에 심각한 손상을 가하는 원인 중 하나로 분류된다. 본 연구를 통해 조류 충돌 과정을 오일러-라그랑지안 기법을 적용하여 헬리콥터에 장착된 복합재 블레이드의 응답을 MSC.DYTRAN 소프트웨어로 모사하였다. 임의의 라그랑지안 오일러리안(ALE) 방법과 적절한 상태 방정식을 선정하여 조류 모델링에 적용하여 복합재로 구성된 로터 블레이드의 앞전의 조류충돌 구조 건전성을 입증하였다. 조류충돌 해석을 적용하기 위해서 블레이드 앞전 물성치와 조류의 강도와 물성의 차이가 크기 때문에, 충돌 후 조류의 파편을 유체로 가정하여 Euler 요소로 적용하였다. 조류충돌 해석을 통해 설계된 로터 블레이드의 앞전 구조는 조류 충돌에 대해 새의 크기(50.8mm)를 적용하여 TSAI-FILL 파괴기준으로 1.18의 여유마진을 확인하였다. 복합재 블레이드의 조류충돌 해석 결과는 충분히 신뢰성을 가진 것으로 평가되며 다양한 해석조건으로 시험을 대체할 것으로 평가할 수 있다. 향후 제시된 방법으로 다양한 하중 조건, 다양한 조류 모델링을 적용하여 로터 블레이드의 구조 안정성을 평가할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권4호
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• pp.379-384
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• 2014

가스터빈엔진의 가장 핵심 부품인 디스크와 블레이드는 고온, 고압축비, 고속 회전이라는 가혹한 환경에서 지속적으로 운용된다. 이러한 가혹한 환경과 디스크와 블레이드가 가지는 큰 회전 에너지로 인해 디스크 및 블레이드에 의해 유발되는 파손은 항공기 손상 혹은 탑승자의 피해로 이어지는 재해적 고장 혹은 한계 고장으로 이어진다. 그러므로 디스크와 블레이드의 구조적 건전성의 마진을 충분히 확보하기 위해서 본 연구에서는 디스크의 취약 부위인 도브테일의 형상을 최적화하고, 그 해의 강건성을 확인하기 위해 치수 공차와 피로 수명의 산포와 같은 불확실성에 대하여 신뢰도 해석을 수행하고자 한다. 이 결과를 통해 결정론적 방법인 최적설계의 필요성과 함께 한계를 확인하고, 향후 신뢰도 기반 최적설계의 필요성을 인지하고자 한다. 이를 위해 비선형 열-구조 연성해석과 접촉 해석을 포함한 유한요소해석을 수행하였다.