• 한국항공우주학회지
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• 제49권7호
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• pp.539-547
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• 2021

회전익 항공기의 로터 블레이드는 공기역학, 구조적 유연성, 제어 가능성 등의 상호작용 효과를 고려한 설계가 필요하다. 역설계는 형상정보 및 실험결과를 통해 공통된 특성을 갖는 구성품을 설계할 때 유용하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 BO-105 헬리콥터의 복합재 로터 블레이드를 선정하여 공통된 특성을 갖도록 역설계하고자 하였다. 이를 위해 로터 블레이드를 여러 구간으로 나누어 복합재료가 단면에 따라 연속적으로 적층될 수 있도록 역설계를 수행하였다. 각 구간에 대해서는 variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) 단면해석 프로그램을 사용하여 설계안의 플랩 방향, 래그 방향 및 비틀림 강성값이 실험 결과와 일정 수준 이하의 차이를 갖도록 하였다. 최종으로 CAMRAD II를 통해 특정 비행 조건에서 로터 블레이드에 작용하는 하중을 예측한 후 설계된 블레이드가 구조적으로 유효한지 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.181-186
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• 2009

본 연구의 목적은 주로터 블레이드와 장애물 충돌 시 실제 파괴형상과 유사한 시뮬레이션을 통해 발생되는 하중을 구하고, 이것을 이용하여 허브 및 변속장치의 안전성을 검토함으로써 승무원의 안전성을 확보하는 것이다. 헬리콥터의 실제 운용 시에 주로터 복합재 블레이드 바깥쪽 10% 지점에 직경 203mm의 강체실린더가 충돌할 경우에도 주로터주축은 파괴가 발생하지 않아야 하고 변속장치가 탑승공간으로 침투하는 위험한 변위가 발생하지 않아야 한다. 강체와 블레이드 충돌 시 주로터의 주축과 변속장치의 영향성을 확인하기 위하여 탄소성 손상 재질을 사용하여 복합재 블레이드와 나무(강체실린더의 경우는 강체)의 해석모델을 구성하였으며, 파괴진행과정을 실제와 유사하게 구현하기 위해 여러 개의 접촉면을 생성하여 충돌해석을 수행하였고, 구형베어링 및 리드래그댐퍼에 전달되는 하중을 구하였다. 또한, 블레이드 회전속도 및 피치각도의 변화가 전달하중에 미치는 영향을 검토하였다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제16권4호
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• pp.512-521
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• 2002

The flap-lag-torsion coupled aeroelastic behavior of a hingeless rotor blade with composite flexures in hovering flight has been investigated by using the finite element method. The quasisteady strip theory with dynamic inflow effects is used to obtain the aerodynamic loads acting on the blade. The governing differential equations of motion undergoing moderately large displacements and rotations are derived using the Hamilton's principle. The flexures used in the present model are composed of two composite plates which are rigidly attached together. The lead-lag flexure is located inboard of the flap flexure. A mixed warping model that combines the St. Versant torsion and the Vlasov torsion is developed to describe the twist behavior of the composite flexure. Numerical simulations are carried out to correlate the present results with experimental test data and also to identify the effects of structural couplings of the composite flexures on the aeroelastic stability of the blade. The prediction results agree well with other experimental data. The effects of elastic couplings such as pitch-flap, pitch-lag, and flap-lag couplings on the stability behavior of the composite blades are also investigated.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제9권2호
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• pp.18-33
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• 2008

This paper presents design optimization of a new Active Twist Rotor (ATR) blade and conducts its aeroelastic analysis in forward flight condition. In order to improve a twist actuation performance, the present ATR blade utilizes a single crystal piezoelectric fiber composite actuator and the blade cross-sectional layout is designed through an optimization procedure. The single crystal piezoelectric fiber composite actuator has excellent piezoelectric strain performance when compared with the previous piezoelectric fiber composites such as Active Fiber Composites (AFC) and Macro Fiber Composites (MFC). Further design optimization gives a cross-sectional layout that maximizes the static twist actuation while satisfying various blade design requirements. After the design optimization is completed successfully, an aeroelastic analysis of the present ATR blade in forward flight is conducted to confirm the efficiency in reducing the vibratory loads at both fixed- and rotating-systems. Numerical simulation shows that the present ATR blade utilizing single crystal piezoelectric fiber composites may reduce the vibratory loads significantly even with much lower input-voltage when compared with that used in the previous ATR blade. However, for an application of the present single crystal piezoelectric actuator to a full scaled rotor blade, several issues exist. Difficulty of manufacturing in a large size and severe brittleness in its material characteristics will need to be examined.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권8호
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• pp.734-740
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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. The 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.e.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2003년도 추계학술대회논문집
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• pp.310-315
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• 2003

This paper described that rotating test and fatigue test of a small-scale hingeless hub system with composite rectangular blades. Generally Rotating stability and fatigue test technique is one of Key-technology on test and evaluation for helicopter rotor system Rotating test of hingeless rotor system was achieved by means of rotor vibration characteristic and aeroelastic stability test GSRTS, equipped with hydraulic actuator and 6-component rotating balance was used to test hingeless rotor system especially for an observation of blade motion including flawing, lagging and feathering. Rotating test was done in hover and forward flight condition. Small-scaled blade fatigue test condition was determined by blade load analysis with the reference table of composite materials(S-N curve). Fatigue test bench was developed for the estimation of blade fatigue life, and tested its characteristic.

• 항공우주기술
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• 제2권2호
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• pp.33-44
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• 2003

본 논문은 힌지없는 로터 시스템의 설계 핵심기술인 복합재료 플렉셔 설계 및 패틀형 복합재료 블레이드 설계/해석 기법을 소개하였다. 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을 복합재료를 사용하여 설계한 후 NASTRAN과 FLIGHTLAB을 이용하여 구조 해석 및 동역학 특성 해석을 수행하였다. 패들형 블레이드를 복합재료 힌지없는 플렉셔 장착 허브에 연결한 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다. 또한 패들형 블레이드를 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 프루드 축소화하였으며 축소값을 이용하여 블레이드를 설계하였다. 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 및 단면구조 설계 기법을 익혔다. 본 논문은 현재 수행중인 “차세대 헬리콥터 로우터 시스템 개발” 사업 등에 직접 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권4호
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• pp.275-283
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• 2013

본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용한 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법에 대한 연구를 수행하였다. 반복적인 최적설계 계산을 위해 자동격자생성 프로그램을 개발하였으며, VABS를 이용해 로터 블레이드 단면에 대한 응력해석을 수행하였다. 로터 블레이드 최소질량을 목적함수로 정의하였으며, 응력 파손지수와 단면 질량중심 그리고 단위 길이 당 블레이드 최소질량을 구속조건으로 설정하였다. 최종적으로 본 논문의 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법을 통해서 스킨 적층각 및 스킨 두께 그리고 토션박스 두께, 토션박스 위치, 토션박스 폭과 같은 블레이드 단면 설계변수들이 결정되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권2호
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• pp.159-166
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• 2018

본 연구에서는 소형민수헬기(Light Civil Helicopter, LCH)의 풍동시험에 필요한 축소 로터 블레이드에 대해 내부 구조설계와 동특성 및 하중해석을 수행하였다. 축소로터 풍동시험은 로터 시스템의 공력성능과 소음 특성을 평가하기 위해 수행되므로, 실제 크기의 로터시스템과 동일한 공력 특성을 모사할 수 있도록 축소 블레이드 설계 시 마하 스케일(Mach-scale) 기법을 적용하였다. 마하 스케일 블레이드는 실물 블레이드의 끝단속도(blade tip speed)와 동일한 값을 유지할 수 있도록 로터의 회전속도를 증가시켜야 하며, 블레이드 중량, 단면강성 및 고유진동수 등은 특정한 축소계수(${\lambda}$, scaling factor)를 통해 조정된다. 블레이드 내부의 주요 구성품인 스킨, 스파, 토션박스 등을 설계하기 위해 탄소섬유와 유리섬유 계열의 복합소재를 적용하였으며, 국내에서 수급이 가능한 프리프레그(prepreg) 형태의 복합소재를 적용하였다. 내부구조 설계가 완료된 블레이드에 대해 단면강성을 평가하기 위해 KSec2D 프로그램을 사용하였으며, 회전익 항공기의 통합해석 프로그램인 CAMRADII를 이용하여 축소 블레이드의 하중 분포와 동역학적 특성을 검토하였다.

• 항공우주기술
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• 제9권2호
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• pp.1-7
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• 2010

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.