Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.21
no.2
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pp.7-14
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2013
In this paper, the optimal design of composite rotor blade cross-section is performed using a genetic algorithm. Skin thickness, torsion box thickness and skin lay-up angle are adopted as discrete design variables. The position and width of a torsion box are considered as continuous variables. An object function of optimal design is to minimize the mass of a rotor blade, and constraints are failure index, center mass, natural frequency and blade minimum mass per unit length. Finally, design variables such as the thickness and lay-up angles of a skin, and the thickness, position and width of a torsion box are determined by using an in-house program developed for the optimal design of rotor blade cross-section.
In this paper, optimal design of composite rotor blade cross-section to consider manufacturability was performed. Skin thickness, torsion box thickness and skin lay-up angle were adopted as discrete design variables and The position and width of a torsion box were considered as continuous variables. An object function of optimal design is to minimize the mass of a rotor blade, and various constraints such as failure index, center mass, shear center, natural frequency and blade minimum mass per unit length were adopted. Finally, design variables such as the thickness and lay-up angles of a skin, and the thickness, position and width of a torsion box were determined by using an in-house program developed for the optimal design of rotor blade cross-section.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.10a
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pp.206-209
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2001
This paper contains the development procedure of small-scaled composite rotor blade for helicopter hingeless rotor system. Composite blade design is conducted by using CORDAS program developed by KARI and dynamic analysis is conducted by using Flightlab which is commercial software for helicopter analysis. Also the optimizing procedure of iterative design was described. The designed composite blades were manufactured after establishing the effective curing method. Through this research, the experiences of composite rotor blade development were accumulated and will be applied to the related research field.
Park, Jung-Jin;Lee, Min-Woo;Bae, Jae-Sung;Lee, Soo-Yong;Kim, Seok-Woo
Journal of Aerospace System Engineering
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v.1
no.3
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pp.26-31
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2007
This paper addresses a method for structural optimum design of composite rotor blade. The basic model of a composite helicopter main rotor blade is designed and its parameters determining the structural/dynamic properties are studied. Through the investigation of flap/lag/torsional stiffness, the structural properties of the model are analyzed. In this study, helicopter rotor blades are analyzed by using VABS. The computer program VABS (Variational Asymptotic Beam Section Analysis) uses the variational asymptotic method to split a three-dimensional nonlinear elasticity problem into a two dimensional cross-sectional analysis and a one-dimensional nonlinear beam problem. This is accomplished by taking advantage of certain small parameters inherent to beam-like structures. In addition, the rotational stability of the blade is estimated by the frequency diagram from FE analysis(MSC.Patran/Nastran) to understand its vibrational property. From the result, design parameters to determine and optimize the properties of the model are presented.
Fatigue properties of composite materials are extremely important to design durable and reliable helicopter rotor blades. However, it is very difficult to apply conventional fatigue test loads in short period. Therefore, accelerating test speed and facilitating spectrum load realization are required. In this study, we have developed a fatigue testing method that uses a resonance of simply supported beam type blade specimen. This test consists in exciting the blade specimen with a frequency that corresponds to its natural frequency. In that case, the test specimen similar to a beam fixed between two pivot points starts vibrating and is significantly deformed. Resonant fatigue tests were performed by changing exciting vertical amplitude and frequency, and S-N curves of each composite materials were successfully obtained.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.575-580
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2004
In this work, the effect of composite couplings and mass distributions on hub loads of a hingeless rotor in forward flight is investigated. 1'he hingeless composite rotor is idealized as a laminated thin-walled box-beam. The nonclassical effects such as transverse shear and torsion warping are considered in the structural formulation. The nonlinear differential equations of motion are obtained by applying Hamilton's principle. The blade responses and hub loads are calculated using a finite element formulation both in space and time. The aerodynamic forces acting on the blade are calculated using the quasi-steady strip theory. The theory includes the effects of reversed flow and compressibility The magnitude of elastic couplings obtained by MSC/NASTRAN is compared with the classical pitch-flap($\delta$$_{3}$) coupling. It is observed that the elastic couplings and mass distributions of the blade have a substantial effect on the behavior of $N_{b/}$rev hub loads. About 40% hub loads is reduced by tailoring or redistributing the structural properties of the blade.f the blade.
GFRP based composite rotor blades were developed for 750kW & 2MW wind turbines. The blade sectional geometry was designed to have a general shell-spar and shear web structure. For verifying the structural safety under all relevant extreme loads specified in the GL guidelines, the structural analysis of the rotor blades was performed using commercial FEM codes. The static load carrying capacity, blade tip deflections and natural frequencies were evaluated to satisfy the strength and stability requirements. Full-scale proof tests of rotor blades were carried out with optical fiber sensors for real-time condition monitoring. Finally, the prototype of each rotor blade passed all proof tests for GL certification.
A localization development of Composite rotor blade for Smart Unmanned Aerial Vehicle(SUAV) has been conducted. Overall localization development encompassed selection of domestic composite material having similar properties to that of original one at its best, coupon tests for data base of new material properties, re-calculation of blade sectional properties, and validation of structural/dynamic design requirements such as isolation of rotor natural frequency from excitation, static and fatigue strength, aeroelastic stability. The results of all these activities are described. This paper briefly discusses the improved manufacturing process for the localization of SUAV blade.
Fatigue evaluations for the rotor blades of commercial or military rotorcraft have been carried out using the safe life concept since 1950s. Particularly, in the case of a rotor blade made of a composite material, a highly reliable fatigue life could be predicted by evaluation the cumulative damage using combination of fatigue life curve and load spectrum. However, there is a limit in adequately evaluating the strength reducing phenomena caused by damages or defects generated during the manufacturing process or impact damage induced by operational usages, using only the safe life concept. In this study, the fatigue evaluation process based on the damage tolerance concept is described and illustrated by means of successful application to substantiate the retirement time of composite rotor blades.
Hwang In Seong;Hwang Chang Sup;Kim Min Ki;Kim Seung Jo
Composites Research
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v.18
no.4
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pp.52-58
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2005
A cyclocopter propelled by the cycloidal blade system, which can be described as a horizontal rotary wing, is a new concept of VTOL vehicle. In this paper, optimized structure design is carried out for the aerodynamically optimized cyclocopter rotor system. Database is obtained fer design variables such as stacking sequence (ply angles), number of plies and spar locations through MSC/NASTRAN and optimum values are determined by RSM and some other optimizing processes. For the rotor system including optimized blade and composite hub m, the maximum stress by static analysis is within the failure criteria. And the rotor system is designed for the purpose of avoiding possible dynamic instabilities by inconsistency between frequencies of rotor rotation and some low natural frequencies of rotor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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