다물체 동역학을 고려한 무베어링 로터 시스템의 하중해석

Abstract

회전익 항공기의 공력 환경은 고정익 항공기에 비해 상당히 복잡 하며 로터 블레이드에는 고속의 회전에 의한 관성력과 표면에 작용 하는 공기력, 그리고 구조물의 변형에 의한 탄성력 등이 동시에 작 용하게 된다. 이러한 여러 힘들의 상호 작용으로 인해 로터 블레이 드는 복잡한 공력탄성학적 특성을 보이게 된다. 비대칭적인 공기역 학적인 특성과 이로 인해 발생하는 양력 불균형을 보상하고 요구되 는 추력과 조종력을 제어하기 위하여 로터 블레이드는 비행 시 3축 방향의 운동을 하게 되고, 로터 허브에서는 이러한 운동을 가능하게 하는 3축의 힌지 역할을 수행하여야 한다. 무베어링형 로터는 이러한 3개의 기계적인 힌지 구조를 모두 제 거하고, 플랩, 리드-래그 및 페더링 운동을 구조적으로 유연한 재질 의 사용을 통해 구현한 로터 허브 시스템이다. 무베어링형 로터는 구조가 단순하다는 장점이 있으나 다중 하중 경로로 인해 모델링과 해석에 추가의 복잡함이 있으며, 비틀림 강성이 작은 유연보의 사용 으로 인해 비선형 굽힘-비틀림이 발생하고 공력탄성학적 불안정성 에 쉽게 노출되고 있다. 따라서 무베어링형 로터 시스템의 동특성 및 동안정성을 정확하게 예측하기 위해서는 각 구성품의 강성분포 및 거동, 동특성 등을 종합적으로 고려하는 정밀한 하중 해석 절차 가 요구된다. 이에 본 논문에서는 기하학적 정밀 보 이론을 사용하여 회전하는 보의 기하학적 비선형성을 고려하고, 보 모델을 결합한 다물체 동역 학 모델을 구현하여 여러 구성품으로 이루어진 무베어링형 로터의 해석 모델을 개발하였다. 이러한 해석 모델을 이용하여 트림 해석을 수행하고, 이를 통해 무베어링형 로터의 거동을 예측하였다.