• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권1호
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• pp.80-85
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• 2021

본 연구에서는 항공기용 외부연료탱크의 정하중시험을 수행하기 위해서 외부연료탱크에 작용하는 비행하중을 시험하중으로 변환하고 변환된 시험하중들의 적합성을 검증하였다. 비행하중으로부터 시험하중을 계산하기 위해서 외부연료탱크를 몇 개의 구간으로 나누고, 각 구간별로 단위하중과 단위모멘트에 의해 발생하는 전단하중과 모멘트를 계산하였다. 그리고, 산출된 전단하중과 모멘트 그리고 비행하중 조건과의 연산을 통해 각 구간별 시험하중을 계산하였다. 실제 구조시험에서는 물리적 제약 등으로 시험하중을 계산 지점과 동일한 위치에 부과할 수 없는 경우가 많기 때문에 실제 시험에서 하중을 부과할 수 있는 위치들을 결정한 후, 각 구간에서 계산된 시험하중을 선정된 위치로 재분포시켰다. 그리고, 시험수행의 효율성을 높이면서 작동기 운용이 용이하도록 휘플트리를 적용하여 최종 시험하중 계획을 수립하였고, 비행하중 조건과의 비교를 통해 수립된 시험하중 계획의 신뢰성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권1호
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• pp.21-27
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• 2020

항공기는 임무수행을 위해 다양한 외부 장착물을 장착해야 한다. 이러한 외부 장착물은 경우에 따라서 구조적 불안정성을 발생시키는 원인이 될 수 있기 때문에 항공기와 외부 장착물 간의 영향성 평가가 필요하다. 이를 위해 외부 장착물을 반영한 항공기 동특성 해석을 수행하게 되는데, 항공기 동특성 해석용 유한요소 모델은 최소의 절점과 요소를 사용하면서도 해당 구성품의 동특성을 최대한 정확하게 모사할 수 있어야 한다. 본 연구에서는 MSC Patran/Nastran을 사용하여 외부 연료탱크와 장착 파일런의 동특성 해석용 스틱모델을 구축하였다. 등가 강도 계산을 위해 간단한 빔 이론을 적용하여 각 부품의 스틱모델을 구축하고 상세모델과의 모드 비교를 통해 생성된 스틱모델의 적합성을 확인하였다. 그리고, 외부 연료탱크가 장착된 파일런의 스틱모델 조립체의 모달해석을 수행하여 항공기 동특성 해석을 위해 요구되는 기본 모드들이 잘 추출되는 것을 확인하였다. 최종적으로 상세모델 조립체와 스틱모델 조립체 간 모드들의 오차를 비교하여 구축된 스틱모델 조립체가 항공기 동특성 해석용으로 사용될 수 있음을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제18권3호
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• pp.8-16
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• 2024

수소는 매우 낮은 밀도를 갖기 때문에 화석연료와 동일한 수준의 에너지량을 저장하기 위해서는 기존과 다른 저장방식이 요구된다. 수소의 밀도를 높이는 방법으로는 수소를 액화하여 저장하는 방법이 있다. 하지만, 수소의 액화온도는 -252 ℃의 극저온이기 때문에 외부 열 유입에 의해 쉽게 기화된다. 액체수소가 기화되면 탱크 내부의 압력이 증가되는 자가증압 현상을 발생하므로, 탱크 설계 시 이 상승하는 압력을 잘 예측해야 한다. 따라서, 본 논문에서는 극저온 액체수소 연료탱크의 액체수소 충전 비율에 따른 내부 압력을 예측하였다. 탱크 내부의 압력 상승을 예측하기 위하여 1차원 열역학적 모델을 적용하였다. 열전달 모델은 열 유입, 액체수소의 기화, 연료 배출에 현상이 고려되었다. 최종적으로 연료탱크 내의 액체수소의 충전 비율에 따라 압력 상승 거동과 최대 상승 압력에 큰 차이가 있음을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권8호
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• pp.1059-1067
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• 2013

자동차 연료탱크는 크게 본체와 본체에 조립되는 부품들로 구성되어 있다. 본체에는 차량 주행시에 연료탱크에서 발생되는 증발가스를 배출하고, 연료가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 여러 밸브들이 조립되어 있다. 하지만 이러한 밸브들은 연료 넘침에 주된 원인으로 알려져 있음에도 불구하고 현재 증발가스의 배출과 기구적인 위치만 고려하여 설계되고 있다. 따라서 본 연구에서는 밸브들의 기존기능을 유지하면서 연료 넘침을 최소화 시키기 위해 근사최적설계를 적용하였고, 다구치 방법을 통해 실제 실험에서 근사최적설계의 유용성을 보였다. 결과적으로 최적화된 밸브 위치를 통해 개발기간과 비용을 절감하였고, 연료 넘침 최소화를 통해 자동차의 신뢰성을 향상시켰다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권3호
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• pp.209-214
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• 2012

최근 F-5 항공기 외부 연료탱크 수평 핀의 균열결함이 크게 증가함에 따라 원인 규명이 필요하다. 본 연구에서는 수평 핀의 동적거동을 유한요소법을 이용하여 피로해석 측면에서 정량적으로 평가하였다. 이를 위해 스피드 브레이크(speed brake)에 의한 동하중 이력을 적용하여 시간영역과 주파수영역의 피로해석을 수행하였다. 연구결과 수평 핀은 동적거동 영향으로 피로수명이 감소되었음을 입증하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.162-167
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• 2020

본 연구에서는 국내 고정익항공기 개발의 일환으로 고정익항공기용 외부 연료탱크와 파일런에 대한 피로해석을 수행하였다. 구조해석을 통해 외부 연료탱크와 파일런의 피로해석 부위들을 선정하고, 선정된 부위들에서 단위하중에 대한 전달함수를 구축하였다. 연속 하중 프로파일에 대해서 각 프로파일 하중과 전달함수와의 내적을 통해 선정 부위에서의 응력 성분을 계산한 후, Von Mises 등가응력을 사용하여 각 프로파일의 대표응력(Representative Stress)을 계산하였다. 그리고, 구축된 대표 응력 그룹에 Rainflow Counting 기법을 사용하여 초기의 방대한 하중 프로파일로 부터 축소된 개별 프로파일과 그에 대한 진폭 및 평균값을 추출한 후, MMPDS(Metallic Materials Properties Development and Standardization)의 S-N 선도를 적용하여 수명싸이클을 계산하였다. 만약, 추출된 개별 프로파일들의 Stress Ratio가 선정된 S-N 선도의 Stress Ratio 범위를 벗어나는 경우 Modified Goodman 선도로부터 유도된 식을 사용하여 Stress Ratio가 해당 S-N 선도에서 요구하는 범위를 만족하도록 변환하는 과정을 거쳤다. 그리고, Miner's Rule에 의해 계산된 각 프로파일들의 손상값들을 더하여 선정 부위에서의 수명을 평가하였다. 최종적으로 수명평가를 위해 선정된 외부연료탱크와 파일런의 관심 부위에서 요구 수명을 모두 만족하는 것으로 평가되었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권4호
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• pp.88-94
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• 2022

진동모드 측정시험은 대상 시험체의 고유진동 특성을 측정하는 시험으로써, 측정된 고유모드 특성은 수치해석 결과와의 비교를 통해 수치해석의 신뢰성을 검증하고, 필요시 동특성 해석에 사용하는 시험체의 수치해석 모델을 보완하는데 활용된다. 본 연구에서는 진동모드 측정시험과 유한요소 모델을 이용한 수치해석을 통해서 외부연료탱크의 고유주파수와 고유모드를 각각 구하고, 그 결과를 비교하여 항공기 전기체 모델에 적용하고자 하는 외부연료탱크의 수치해석 모델에 대한 신뢰성을 검증하고자 한다. 시험체의 진동모드 측정을 위해 번지코드를 이용하여 시험체에 대한 자유경계 조건을 모사하였다. 그리고, 시험체에 3축 가속도계를 설치하고 임팩트 해머로 가진하여 시험체의 응답특성을 측정하였다. 시험결과로, 응답 가속도에 대한 주파수 응답해석을 수행한 후, 시험체의 고유주파수와 해당 진동모드를 확인하였다. 그리고, 시험과 수치해석을 통해 구해진 고유주파수와 진동모드를 비교하여 수치해석 모델에 대한 신뢰성을 검증하였다.

• 과학과기술
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• 3호통권406호
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• pp.26-31
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• 2003

컬럼비아호는 처음 만들어졌을 때 순수한 선체무게만 7만 1800kg이었으며 메일 엔진이 장착된 후에는 8만 741kg에 달했다. 전체 길이는 56.1m이며 승무원이 타는 오비터와 외부연료탱크, 고체연료 로켓 부스터 등으로 구성돼 있다. 20여 년간 27차례의 우주비행을 하면서 우주개발과 과학연구에 커다란 업적을 남긴 컬럼비아호는 지난 1월 16일 28번째 우주비행에 나섰다가 지구 착륙을 불과 10분도 남겨놓지 않은 상태에서 공중 산화했다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권1호
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• pp.97-103
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• 2022

항공기에 장착되는 구성품은 항공기 운용 조건에서 구조 건전성이 입증되어야만 항공기에 장착될 수 있다. 항공기 주요 구성품 중에서 파일런은 엔진이나 외부무장 같은 외부장착물을 항공기의 주날개와 연결하고 파일런 자체에 작용하는 하중을 항공기의 주구조물로 전달하는 역할을 하며, 민간 항공기에서는 엔진 영역에서 화재가 발생할 경우 주날개로 화재가 번지는 것을 방지하는 역할도 한다. 본 연구에서는 항공기에 외부 연료탱크를 장착하기 위해 사용하는 연료 파일런의 구조 건전성을 검증하기 위해 수행한 구조 정적시험의 결과를 제시하였다. 본문에서는 파일런의 구조 정적시험에 사용되는 시험장비, 유압장치, 하중제어시스템 그리고 데이터 획득장비로 구성되는 시험셋업을 제시하였다. 그리고, 하중작동기를 제어하는 소프트웨어를 소개하고, 각 시험하중 조건에 대한 시험 프로파일을 제공하였다. 시험 결과, 각 시험에서 허용 오차 범위 내에서 하중작동기가 적절히 제어되는 것으로 나타났으며, 시험체의 주요 위치에서 수치해석과 구조시험으로 부터 획득한 변형률의 비교를 통해 수치해석의 신뢰성을 검증하였다. 결론적으로, 구조 정적시험을 통해 본 연구에서 다루고 있는 연료 파일런이 요구된 하중조건에 대해 충분한 구조 강도를 가지고 있음을 입증하였다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.123-133
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• 2023

상용 수소연료전지 차량은 기체 수소를 고압으로 압축하여 차량 내 저장 탱크로 저장하는 방식으로 충전이 진행된다. 이러한 압축 과정은 기체의 온도 상승을 유발하며, 저장 탱크의 안전성을 확보하기 위해 온도는 제한된다. 따라서 이러한 온도 상승을 설명하기 위한 열전달 모델이 필요하다. 열전달 모델은 대류 열전달 현상을 포함하며 정확한 대류 열전달 계수 추산이 요구된다. 본 연구에서는 수소 충전 과정에서의 대류 열전달 계수를 물리적 현상을 고려한 다양한 상관관계식을 이용하여 계산하고 비교 분석하였다. 수소 충전 과정은 디스펜서로부터 탱크 입구까지의 충전라인과 차량 내 저장 탱크로 분류하였고, 각각의 내부 및 외부에서의 대류 열전달 계수를 질량 유량, 직경, 온도와 압력 등 공정 변수에 따라 추산하였다. 그 결과, 충전라인 내부의 경우 저장 탱크 내부에서보다 대류 열전달 계수가 약 1000배 크게 나타났고, 충전라인 외부의 경우 저장 탱크 외부에서보다 대류 열전달 계수가 약 3배 크게 나타났다. 마지막으로 각 과정에서의 대류 열전달 계수를 종합 분석한 결과 전체 수소 충전 과정에서 저장 탱크 외부에서의 열전달 계수가 가장 낮아 열전달 현상을 지배하는 것으로 나타났다.