헬기의 로터블레이드 재료 분석 및 대체금속

목차

1. 헬기의 역사

2. 헬기의 종류

3. 헬기의 운행조건

4. 헬기의 작동방법

5. 헬기 프로펠러, 로터블레이드 재질

6. 로터블레이드 재질 검사

7. 재질 환경 및 기계적 성질

8. 대체금속

9. 결론

본문내용

저온에서 갑자기 깨지는 현상이 나타나지만, 티타늄합금의 경우에는 그러한 현상 이 나타나지 않는다.
여러 부식물에 대해 뛰어난 내식성을 가진다.
유기산
티타늄은 질산, 크롬산 및 왕수 등의 산화산에 대해서는 고온, 고농도의 조건 하에서도 아주 강한 내식성을 나타낸다. 고온에서는 염산이나 황산등의 비산 화산에 대해서는 부식이 발생하지만, 이 경우에도 약간의 산화제와 함께 사용 될 경우 이러한 비산화산에 대한 내식성도 매우 향상된다. 하지만, 불소의 경 우에는 통상의 실내온도에서도 부식에 매우 약하기 때문에각별한 주의가 필요 하다.
알칼리
티타늄은 비등상태의 알칼리용약 등에도 뛰어난 내식성을 나타내며, 스테인레 스에서 발생되는 Pitting corrosion 등이 전혀 나타나지 않는다. 하지만, 가성 소다의 경우, 고농도ㆍ비등상태에서는 약간의 부식이 발생될 수도 있다.
염화화합물
고농도ㆍ고온상태의 염화화합물에 대해서는 티타늄만큼 내식성을 나타내는 금 속은 없다. 단지 예외적으로 알루미늄 염화물이나 아연염화물에 대해서는 때 때로 부식이 발생되기도 한다.
여러가지 가스
티타늄은 유화수소가스나 습식염화가스에 대해서 뛰어난 내식성을 나타낸다. 하지만, 건식염화가스에 노출되었을 때는 습기를 보충해주어야만 한다.
해수
티타늄은 해수에 대해서는 완전한 내식성을 나타낸다.
유기화합물
티타늄은 초산과 주석산과 같은 대부분의 유기산에 대해서는 매우 뛰어난 내 식성을 나타낸다. 포름산과 수산의 경우에는 고온에서 약간의 부식이 발생할 수도 있다. 지르코늄의 경우에도 티타늄과 마찬가지로 각종 유기화합물에 대 해 뛰어난 내식성을 가지고 있으며, 황산에 대해서는 티타늄보다 우수한 내식 성을 지니고 있다. 내식성이 더욱 향상된 15PAT, 20PAT 등과 같은 티타늄 합금이 이다. 이러한 티타늄 합금은 순수티타늄의 경우에는 부식이 발생될 수 있으나, 유황산이나 염산(hydeochioride acid) 등의 각종 비산화산에 대해 매 우 뛰어난 내식성을 지니고 있다. 20PAT에 함유되어 있는 파라듐 성분은 0.20%를 넘고 있으며, 따라서 15PAT보다 뛰어난 내식성을 요구하는 제품에 사용되고 있다.
티타늄은 심장 밸브, 인공 뼈등, 신체 조직의 이식에 사용될 만큼 인체에 무 해한 금속으로 최근에 의료 및 장신구 분야에 널리 쓰이고 있다.
또한 티타늄 합금은 적정 범위 내에서 열을 받으면 오히러 강도가 증가하는 특이한 성질을 가지고 있음. 또한 비강도가 매우 뛰어남(철의 2배 알루미늄의 6배정도)
Cost상으로 볼때 티타늄은 매우 비싸나 헬리콥터의 경우 Cost면 보다는 기능이 더욱더 중요시 되므로 두랄루민이나 다른 재료보다 훨씬 많이 쓰이는 추세이다.
티타늄 합금의 로터에 대한 응용: 로터의 깃, 항공기의 날개 등에 단조의 방식 을 이용한 스파형식(spar : 날개, 뼈대를 이루는 보)인 티타늄 스파를 제작하여 사용.
8. 로터의 대체금속 제안.
여지껏 살펴본 헬리콥터의 로터에 관하여 로터에 필요한 재료로서의 자격등을 살펴 본 결과 우리 조는 다음과 같은 사항을 중점적으로 볼 수 있었다.
.피로강도 .인장강도 .내마모성 .내식성 .비중 .Cost 위와 같은 내용을 보고 대체금속을 찾아 하나의 재료를 찾았다.
8.1 INCONEL 718SPFtm
8.1.1특 징
- 석출경화형 니켈-크롬 합금
- 다량의 철, 니오븀, 몰리브덴, 소량의 알루미늄, 티타늄을 포함한다.
- 용접균열이 생기지 않는 뛰어난 용접성과 내식성
- 700℃에서도 높은 크리프파단강도을 가진다.
- INCONEL 718SPF은 초소형 성형을 위해 나온 INCONEL 718의 특별한 버전이다.
8.1.2 물리적상수
- 밀도: 8.19 g/㎤
- 비열: 435J/kg.℃
- 팽창계수(20-100℃): 13.0㎛/m.℃
- 녹는 범위: 1260-1336℃
- 전기저항: 1.25μΩ.m
- 열전도율: 11.4 W/m.℃
- 침투율(200에르스뎃): 1.0011 (15.9 kA/m)
- 큐리온도: -112℃(상온에서 비자성)
8.1.3 화학적 조성
Ni 50.0-55.0, Ti 0.65-1.15, Si 0.35 max, Cr 17.0-21.0, Al 0.20-0.80
P 0.015 max. Fe Remainder, 1.0 max. S 0.015 max. 4.75-5.50
C 0.08 max. B 0.006 max. Mo 2.80-3.30 Mn 0.35 max. Cu 0.30 max.
Plus Co. Plus Ta. If determined
8.1.4 기계적 성질
파단강도 (1000 h)
MPa
595°C
760
650°C
590
705°C
370
760°C
170
9. 결론 및 느낀점
헬기의 로터의 재료에 대하여 알아본 결과 최대한 비중을 줄이는 것과 내식성, 피로강도가 매우 중요하다고 생각되었다. 특히 Cost면은 재료에 매우 중요한 부분이지만 헬기의 경우 Cost보다는 기능이 매우 중요하기 때문에 Cost면은 그다지 신경 쓰지 않는 모습을 보였다. 티타늄의 경우 그 성질이 매우 우수하며 단점은 거의 찾을 수 없었지만 비용이 매우 비싸다는 단점을 가지고 있었다. 그러므로 대체금속을 조금 비용이 싼 것으로 찾았는데, INCONEL 718SPFtm 또한 많은 장점에도 불구하고, 타 금속에 비해 비용이 비싸고 비중이 높은데다 다른 성질들을 보아도 티타늄 합금에 비해서는 약간 떨어진다는 결론을 낼 수 있었다. 현재의 재료로서는 여러 가지 성질을 고려해 볼 때 티타늄 합금이 가장 좋은 결론을 낼 수 있었으며, 앞으로 더 많은 재료의 개발이 이루어져 더 좋은 재료가 나타나게 될 것을 기대해 본다.
10. 참고문헌 및 사이트
[Filament Winding 성형법을 이용한 헬리콥터 로터깃 Spar용 복합 재료의 피로거동],김진봉, 황병선, 김태욱, 권동일,(주)현대 우주항공.
한국 항공 우주연구원: http://www.kari.re.kr/
한양 대학교: http://aero.hanyang.ac.kr/
카이스트: http://fatidesign.kaist.ac.kr/
기타: 네이버 지식인, 네이버 백과사전, 구글

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