헬리콥터 조종석의 굽힘 판재를 이용한 새로운 충격흡수장치의 설계 및 동적 모사해석에 관한 연구

Abstract

헬리콥터가 추락시 조종사를 보호하기 위하여 조종석의 충격흡수 장치는 필수적이며 이것은 연료를 절약하기 위하여 작고 가벼워야 된다. 연구원들은 작고 가벼운 충격흡수장치를 많이 개발하였으며 다양한 방식의 충격 흡수장치를 사용하고 있다. 굽힙판재와 접착제를 이용한 충격흡수장치는 구조가 간단하며, 가볍고 충격 흡수능력을 조절할 수 있기때문에 매우 유용하다. 하지만 이것은 세 가지의 문제점을 가지는데 첫번째는 접착제가 온도나 습도에 매우 민감하기 때문이다. 두번째는 가격이 고가이다. 마지막은 스테인리스 강과 접착제의 열 팽창계수가 다르기 때문에 높은 온도나 낮은 온도에 노출되면 접착제가 파단이 발생한다. 이 논문의 목적은 헬리콥터 조종석에서 이용가능한 새로운 형태의 충격흡수 장치를 개발하는 것이다. 굽힘판재의 장점은 유지하고 단점은 보상하기 위하여 파단을 이용한 새로운 형태의 충격흡수 장치를 제안한다. 고연신률, 고강도, 내 부식성 등을 고려하여 스레인리스 강 304 와 TWIP 980 재료를 굽힘 판재의 재료로 선정하였다. 제안된 굽힘 판재의 충격 흡수 장치는 ABAQUS/EXPLICIT 를 이용한 유한 요소 해석에 의해 충격흡수 능력을 예상하였다. 정확한 해석 수행을 위하여 변형률 속도를 고려한 물성치를 이용하였다. 단축 인장시험은 Dog-bone 형상의 시편을 사용하여 INSTRON 5583과 고속 재료 시험기를 이용하였다. 굽힘 판재의 정확한 파단을 묘사하기 위하여 Ko 와 Huh가 제안한 연성파단 모델을 이용하였다. 이 연성파단 모델은 최대 주응력 값과 응력 삼축성 값을 이용하였다. 이것은 허브-홀 공정에 적용되어 증명이 되었던 것이다. 새로운 굽힘 판재의 특성을 알기 위하여 많은 변수들의 대한 연구를 수행하였다. 굽힘 판재의 파단이 발생하는 부분의 형상을 곡선, 직사각형, 사다리꼴 형상으로 변화시켜 가면서 해석을 수행한 결과 파단이 발생하는 부분의 형상은 충격흡수 능력에 거의 영향이 없다는 것을 알게 되었다. 또한 파단이 발생되는 부분 요소 크기도 충격흡수 능력에 거의 영향이 없다는 것을 알게 되었다. 굽핌 판재의 굽힘 직경이 감소하거나 두께가 증가되면 충격흡수 능력은 향상된다. TWIP 980 의 충격흡수 능력이 스테인리스 강 304 보다 약 40% 정도 높다. 여러가지 파라미터에 대한 연구 결과 새롭게 제안된 충격흡수 장치는 기존 모델을 대체한다.