경랑화가 가능한 항공기 날개 설계

소개글

경랑화가 가능한 항공기 날개 설계에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 소개
2. 방법
3. 결과
4. 고찰
5. 요약
6. 참고문헌

본문내용

리면 날개는 앞뒤로는 폭이 좁고 좌우로는 매우 긴 형상이 되므로 구조적으로 굉장히 약해진다.
3.4 날개의 스파 구조 결정
스파는 큰 하중을 감당하는 부재이나 날개의 두께에 의한 제약 때문에 높이가 낮다. 이 때문에 전단력에 비해 대단히 큰 굽힙축력이 발생한다. 스파 구조에는 그림 10에서 볼 수 있듯이 여러 종류가 있다.
그림 10. 대표적인 스파구조
트러스 구조는 부품수가 많아서 제작성이 나쁘지만 내부구조나 장비의 점검을 쉽게 할 수 있는 장점이 있다. 양자의 장점을 이용한 그림 의 b구조의 built-up트러스 구조로 결정하였다. 장비가 통과하는 부분에만 트러스를 혼용한 구조이다. 즉, 구조적으로도 매우 튼튼한 구조이다. 부품수도 트러스 구조에 비해 많지 않아서 날개의 경량화에도 영향을 줄 수 있다. 또한 리브에 구멍을 뚫는 홀커팅 작업을 하면서 날개의 경량화를 이끌어 내기로 했다.
3.5 모형 제작
이러한 앞의 원리를 이용하여서 하드보드지를 사용해서 날개의 모형을 제작하였다.
그림 11. 제작한 날개의 테이퍼 형
그림 11에서 보는 것 과 같이 익형은 역학적으로 안정한 테이퍼 형으로 만들었다. 날개의 뿌리라인은 8.5cm, 날개의 끝 라인은 4.5cm, 날개길이(뒷전라인, 앞전라인)는 36cm로 정하였다. 이러한 길이를 가지고 가로세로비를 계산해 보면 5.6 으로 역학적으로 안정한 수치이다.
그림 12. 제작한 날개의 스파와 리브 구조
그림 12에서 볼 수 있듯이 스파와 리브의 구조는 구조적으로 매우 튼튼한 built-up트러스 구조로 제작하였다. 구조 모형을 제작할 때 먼저 가로세로비를 정하고 리브를 제작하였다.
그림 13. 제작한 날개의 리브 모양
그림 13에서 볼 수 있듯이 리브에 구멍을 뚫어서 항공기 날개의 경량화를 표현하였다. 이 작업은 홀커팅 으로 리브의 경량화를 이끌어내는 작업이다.
4. Discussion
그림 14. 제작한 날개의 구조
날개의 모형 제작 순서는 먼저 날개의 단면적을 결정하고 그 후 날개의 익형을 결정 한 뒤 날개의 가로세로비를 결정 하였다. 그리고 나서 스파와 리브 구조를 정하고 하드보드지를 사용해서 날개의 모형 제작을 하게 되었다. 날개의 단면적은 경량화에 초점을 두었다. 제작한 날개의 단면적을 정하려고 했으나 표현할 수 없기 때문에 정하지는 않았다. 하지만 수치는 역학적으로 안정하고 경량화가 가능한 수치를 정하였다. 날개의 익형을 선정할 때는 공기 역학적으로 안정된 구조를 선정하는데 초점을 두었다. 직사각형과 테이퍼형의 익형을 두고 고민하다가 테이퍼 형으로 결정하게 되었다. 테이퍼 형은 직사각형보다 공기역학적으로 유리하였고 구조부재의 경감을 가져오므로 날개의 경량화에도 도움이 된다. 또한 테이퍼 형은 최적의 양력을 얻을 수 있다. 가로세로비는 역학적으로 안정한 수치인 5.6 으로 날개길이와 폭 선을 조절하여 만들었다. 스파와 리브의 구조는 구조적으로 매우 튼튼한 built-up트러스 구조로 설계하였다. 또한 리브에 홀커팅 작업을 함으로써 리브의 경량화를 이끌어내고 더 나아가서 보면 항공기 날개의 경량화를 이끌어낸다. 이렇게 항공기 날개의 모형을 제작할 때 경량화와 역학적으로 안정된 구조에 초점을 두었다.
5. Summary
본 보고서에서는 항공기에 있어서 매우 중요한 구조인 날개의 역학적 특성을 전반적으로 알아보고 고강도와 초경량화의 모형 설계를 통해 날개의 특성을 알아보았다. 날개는 항공기에 작용하는 힘 중 양력과 매우 밀접한 관계가 있다. 고강도의 초경량화 날개로 설계가 되기 위해서는 날개의 익형, 날개의 스파 구조, 날개의 가로세로비, 날개의 면적을 고려해야 한다. 날개의 익형은 직사각형과 테이퍼 형이 경량화 날개에 적합하다. 테이퍼 형은 구조적인 측면에서도 직사각형 보다 안정하기 때문에 두 개의 조건을 만족하는 최적의 익형이다. 날개의 스파 구조는 트러스 구조보다는 좀 더 간단하면서 튼튼한 built-up트러스 구조를 사용한다. 날개의 경량화까지 만족시킬 수 있는 구조이다. 가로세로비는 5.5~6 으로 안정한 수치로 맞게 설계하는 것이 바람직하다.
6. References
1. 공창덕, 조선대학교 출판부, 항공기 구조설계, 2001, pp. 3~60
2. 항공기 설계교육연구회, 경문사, 항공기 개념설계, 2003, pp. 145~160
3. 권진회외 5명, 경문사, 항공기 구조설계, 2001, pp. 85~182
4. 한국과학 기술원, 과학기술처, 항공기 날개의 공기역학 및 구조 설계, 1990

키워드

항공기 ,   항공기 날개 ,   경량화,   날개 설계