비굴곡 강화섬유 직물을 이용한 수평꼬리날개 설계

Abstract

수평꼬리 날개는 동체의 뒷부분에 위치하며 수평 안정판과 승강타로 구성되어 있다. 기체에 작용하는 공기력의 균형을 유지하고 외력에 의해 발생한 기체의 자세변화를 회복시키는 역할을 한다. 주로 사용되는 재료는 알루미늄 합금이나 비강도와 비강성 및 기타 성능이 우수한 섬유 강화 복합재료로 대체되어 가고 있다. 이방성 재질인 복합재료는 적층각을 고려하여 구조설계에서 불필요한 방향으로 강성 및 강도를 최소화할 수 있으므로 등방성 재료에 비해 보다 효율적으로 최적설계를 수행할 수 있다. 복합재료의 단점으로는 제작할 때 적층공정이 복잡하고, 보관이 까다로운 점이다. 따라서, 제조단가와 중량을 감소하는 새로운 개념의 복합재료가 개발되고 있다. 그 중의 하나가 비굴곡 강화섬유 직물(Non-crimp fabric)이다. 본 연구에서는 수평 꼬리 날개을 구성하고 있는 복합재료 적층순서의 각도가 날개의 성능에 미치는 영향을 해석적 방법을 사용하여 분석하였다. 기존의 적용된 [0/+θ/-θ/90]의 복합재료로 적층된 수평꼬리 날개의 윗부분 평판에 대한 구조 해석을 통하여 응력를 계산하고 각 설계 기준에 대한 안전 여유(Margin of safety)를 구하여 평가하였다.또한 경제성 높은 비굴곡 섬유강화 직물을 제시하고, 비굴곡 섬유강화 직물을 고려한 최적의 적층순서를 제시하여, 기존의 적층 순서와 비교를 하였다. 그 결과, 기존의 적층순서보다 향상된 결과를 얻을 수 있었으며, 경량화의 가능성을 제시하였다.