유해환경요소를 고려한 일체형 복합재 연료탱크의 해석

Abstract

카본/에폭시 복합재료의 모재지배적 물성은 온도와 습도등과 같은 유해환경에 의해서 물성이 크게 저하된다. 그러므로 고온다습한 지역에서 임무를 수행해야 하는 스마트무인기의 일체형복합재 연료탱크를 설계하는 과정에서 반드시 유해환경에 의한 복합재료의 물성저하를 고려하여야 한다. 유해환경요소를 고려하기 위해서 USN175B, WSN3K복합재료에 대해서 침수환경실험을 수행하였다. 침수실험후 수분 흡수율이 포화에 다달했을 때 각 시편을 고온챔버내에서 74℃환경을 유지하여 시험 하였다. 시험결과 모재지배 물성의 저하를 확인하였다. 일방향복합재인 USN175B의 경우 80%의 급격한 물성저하가 있었으며, 직조복합재의 경우,약 15%정도의 물성저하가 발생하였다. 원인을 알아보기 위해 각 시편의 수분흡수율을 이용하여 유리천이온도를 계산하였으며 그 결과 일방향 복합재의 경우 유리천이온도가 서비스 온도인 74℃보다 더 낮아져 급격한 물성저하가 나타난 반면 직조 복합재의 경우 저하된 유리천이온도가 서비스온도보다는 높아서 급격한 물성저하는 나타나지 않은 것으로 나타났다. 일체형 복합재 연료탱크를 설계하는 과정에서 반최적화 기법을 적용하였으며, 실험에 의해 구해진 저하된 물성을 적용하여 해석을 수행하여 안정성경계를 구하였고 실제 날개 구조가 겪는 다양한 하중상황을 비교함으로서 가장 극심한 하중 상황은 수직상승모드 일때 임을 판명하였다.