논문 정리 '항공기 구조시험 구속시스템 기법'

항공기

항공기 개발에 있어 최상위 검증방법 중 하나인 전기체 구조시험에 대한 구속 시스템 기법 연구 논문을 정리해 보았습니다. 개인적인 공부 목적으로 정확한 정보는 원문을 참고하시길 바랍니다. 

 

(김정현, 2021, "쌍발 초음속 항공기 전기체 구조시험 구속시스템 기법 연구", 경상국립대학교 항공우주특성화대학원)

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항공기 전기체 구조시험(Full-Scale Airframe Test)

오늘 정리할 논문은 '쌍발 초음속 항공기 전기체 구조시험 구속시스템 기법 연구'입니다. 전기체 구조시험은 재료 선정부터 시편 시험, 구성품 시험 등으로 부분적으로 검증된 항공기 구조물의 전기체를 시험하면서 정적 구조 강도 및 내구 수명 검증을 합니다. 

구조시험 방법

구조시험을 하려면 시험체를 받쳐주는 치공구, 하중을 부가하는 액추에이터 치공구, 구속 시스템 등으로 시험체를 구속하고 반력을 지지합니다. 항공기에 가해지는 하중을 적절히 모사하는 시스템을 설계하여 최종적으로 시험체에 하중을 부가한 후 부착된 스트레인 게이지의 값으로 데이터를 획득합니다. 

구속시스템

구조시험에서 구속시스템은 시험을 하는 도중에 6자유도를 적절히 구속하여 하중이 의도대로 부가되는지, 긴급 상황 발생 시 이를 제어하는 목적이 있습니다. 대표적으로는 고정식 링크, 유압 실린더, 스프링 링크 등이 있습니다. 이 논문에서는 쌍발 초음속 항공기 구조시험에 맞는 구속시스템 기법을 연구하였습니다. 

스프링 링크, 유압 실린더 비교

스프링 링크 시스템은 기존 항공기 개발 시 적용되었던 시스템으로 안전성과 효율정이 입증되어 있습니다. 또한 별도의 장치 없이 시험체를 지지할 수 있다는 장점이 있지만 쌍발 항공기에서는 과한 구속 현상이 발생한다는 단점이 있습니다. 반면 유압 실린더 구속 시스템은 별도의 제어 장치가 필요하고 경험이 적다는 단점이 있지만 안전에 대한 위험을 줄일 수 있습니다. 

• 유압 실린더 구속 시스템 연구
• 시험체 설계 및 유한요소 해석
• 시험 장비 선정
• 시험 수행(하중 부가)

결과 및 소감

대칭 하중 조건에서는 해석 결과와 시험 결과의 오차가 작았으나 비대칭 하중 조건에서는 하중이 증가함에 따라 오차가 커지는 경향을 보였습니다. 차이가 나는 부분은 오차를 줄이도록 개선하였고 항공기 구조시험에 해당 구속 시스템 기법이 적절함을 확인하였습니다. 모의시험 과정과 시험 결과 분석에 대한 상세한 내용을 알 수 있었던 논문이었습니다.