프로펠러 내부충진재의 고온 압축 시험과 대체 소재 탐색
High temperature compression test of the propeller foam core and exploration of possible substitutes
초록/요약
UAM 생태계 발전이 가속화되면서 분산추진 유/무인 비행기에 대한 청사진 및 개발과 투자가 확대되고 있다. 다수의 소형 추진장치를 이용한 분산추진 기체를 위해서는 이전보다 많은 수량의 프로펠러 블레이드가 제작되어야 한다. 최신 프로펠러 블레이드는 탄소복합섬유를 사용한 샌드위치 구조로 제작되어 높은 비강성, 비탄성 이루었다. 그 내부에는 단면 강성계수를 높이기 위한 내부충진재로서 발포플라스틱이 사용되며, 높은 기계적 강성과 저밀도, 낮은 수분흡수율 등으로 복합소재/레진 압축 성형 공정에 유리한 특징을 가지고 있다. 그러나, 고온 압축을 겪는 내부충진재의 설계 치수 선정을 위한 정량적 정보가 부족하기 때문에 내부충진재의 두께를 결정하는데 어려움이 따른다. 그 결과, 두꺼운 코어기재가 표면재(Skin)을 압착하여 표면 결함을 발생하거나 불필요한 중량 증가를 가져온다. 본 연구에서는, 대표적인 발포플라스틱 코어기재인 PMI 폼이 샌드위치 핫 프레스(Hot press) 성형 중 겪는 조건을 모사하고자 시험 치구를 고안하였다. 제작된 시험 치구를 사용해 고온 압축 시험을 진행하고 내부충진재의 두께 설계 선정을 위한 정량적 자료를 마련하고자 시도하였다. 또한 시험 결과를 분석하여 고온 압축 성형 공정 중 일어나는 폼 코어의 두께 변화에 대한 이해를 돕고자 하였다. 마지막으로, PMI를 대체할 수 있는 소재에 대한 탐구를 진행하였다.
more초록/요약
As the development of the UAM(Urban Aviation Mobility) ecosystem accelerates, visions and investments for multi-propulsion man/unmanned air vehicle multiplies. It is noticeable that increasing number of propeller blade needs to be manufactured to meet minimum number of blades for multi-propulsion air vehicles. Recent propeller blades are designed as a sandwich structure, based on carbon/epoxy fiber materials. Such design achieved high strength-to-weight ratio and high modulus-to-weight ratio. Underneath the skin, foam plastics are used as a filler to strengthen the section modulus and they have a number of merits for CFRP curing process such as high mechanical modulus, low density and low water absorption rate. However, there is a lack in quantitative reference for the engineers to draft out the size of the foam and thus find difficulty when selecting the thickness. Excess thickness of the foam core compresses the skin material and cause surface defects and/or cause gain in weight. In this study, a test apparatus to mimic the similar condition that a hot press machine would enforce on a typical PMI foam core has been designed. A quantitative reference to aid in deciding the thickness of the foam has been suggested by series of high temperature compression tests using the designed apparatus. Moreover, test results were discussed to better understand the change in thickness of the PMI foam core within the hot press curing process. In last, possible substitutes for PMI foam has been explored.
more목차
제1장 서론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 PMI 폼의 특징 4
1.3 연구 동향 7
1.4 연구 목적 8
제2장 본론 9
2.1 시험 일반 9
2.1.1 시험 조건 9
2.1.2 시험 소재 10
2.1.3 시험 장치 11
2.1.4 측정기기 및 교정 13
2.1.5 시험 절차 15
2.2 시험 결과 및 고찰 16
2.2.1 PMI 압축시험 결과 16
2.2.2 PMI 영구압축줄음률 22
2.2.3 PMI 열팽창계수 24
2.2.4 대체 소재 후보 압축시험 26
제3장 결론 28
참고 문헌 30
ABSTRACT 34
