항공기 동체 내부 프레임 균열 발생 원인 규명 및 개선 방안 연구

Abstract

본 연구는 군용 항공기 내부에 장착된 전기 장치들의 커넥터를 고정하는 프레임에서 발생한 결함에 대하여 분석하였다. 해당 결함은 운용 중인 항공기 00대 중 00대에서 발생하여 대부분의 기체에서 균열로서 나타났으며, 균열 발생원인을 찾기 위해 파단면 분석을 수행하였다. 분석 결과 프레임 하부 접촉면에서 초기 균열이 발생했고 이 후 반복 하중으로 인해 균열이 진전되어 최종 파단으로 이어진 것을 확인하였다. 균열에 대한 원인 분석을 위해 항공기 운용도 분석을 수행하여 항공기 운용 시간과 수직 가속도 발생 빈도를 조사하여 종류별 항공기의 균열 발생률과의 상관 관계를 확인했다. 이를 통해 항공기 운용 시간과 관계없이 기동 수준이 높은 항공기에서 균열이 대부분 발생했음을 알 수 있었다. 또한 추가적으로 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics, 이하 CFD)를 활용한 공력 해석을 통해 프레임에 작용하는 하중 위치가 프레임 양 끝에 집중되는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과를 토대로 프레임 양 끝에 집중되는 하중을 분산시키고 구조 건전성을 확보하기 위해 파스너(Fastener)를 확장하고 보강판을 덧대어 개선하였다. 개선한 프레임의 구조적인 안정성 확인을 위해 정적 해석을 수행하여 구조 건전성이 충족하는 것을 확인했으며, N-S선도를 이용하여 프레임이 무한 수명을 가지는 것을 확인하였다.