GFRP-폼 샌드위치 복합재료로 설계된 구체 비행 시뮬레이터의 구조 안정성 평가 = Structural Safety Analysis of a Spherical Flight Simulator Designed with a GFRP-Foam Sandwich Composite

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A flight training simulator of a fully spherical configuration is being developed to precisely and quickly control six degrees of freedom (Dof) motions especially with unlimited rotations. The full-scale simulator should be designed with a lightweight material to reduce inertial effects for fast and stable feedback controls while no structural failure is ensured during operations. In this study, a sandwich composite consisting of glass fiber reinforced plastics and a foam core is used to obtain high specific strengths and specific stiffnesses. T-type stainless steel frames are inserted to minimize the deformation of the sphere curvature. Finite element analysis is carried out to evaluate structural safety of the simulator composed of the sandwich sphere and steel frames. The analysis considers the weights of the equipment and trainee and it is assumed to be 200 kg. Gravity acceleration is also considered. The stresses and displacement acting on the simulator are calculated and the safety is assessed under two different situations.

국문 초록 (Abstract)

구체 비행 시뮬레이터는 6자유도 운동과 무제한 회전 운동을 정밀하고 신속하게 제어하는 비행 훈련용 시뮬레이터이다. 이러한 시뮬레이터를 제작하기 위해서는 고강도 경량화 설계 및 검증이 필요하다. 본 연구에서는 유리섬유강화플라스틱과 폼코어로 구성된 샌드위치 복합재를 이용하여 높은 비강도와 비강성을 확보하고, 내부에 T형 스테인리스 스틸 프레임을 삽입하여 하중에 의한 구체 곡률 변형이 최소화되도록 시뮬레이터를 설계하였다. 그 결과 구체가 접촉하는 각 영역에 균일한 토크 전달이 가능해지고 제어 정확도를 높일 수 있다. 시뮬레이터의 구조 안정성 평가를 위해 유한요소해석을 수행하였으며 재료에 대한 기계적 물성은 ASTM 규격에 따라 측정되었다. 하중 조건은 중력가속도를 고려하고 실제 탑재될 장비와 사용자의 무게를 200 kg으로 가정하였다. 두 가지 상황을 모사하여 하중과 자중에 의해 시뮬레이터에 작용하는 응력과 변위를 해석하고 안전성을 검증하였다.

참고문헌 (Reference)

1 Vinson, J. R., "The Behavior of Sandwich Structures of Isotropic and Composite Materials" Technomic Pub. Co. 1999

2 "ASTM D7078/D7078M-12 Standard Test Method for shear properties of Composite Materials by V-Notched Rail Shear Method"

3 "ASTM D3039/D3039M-17 Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials"

4 "ASTM C365/C365M-16 Standard Test Method for Flatwise Compressive Properties of Sandwich Cores"

5 Security Management Institute, "A Study on the Operating State and Development Strategy of Defense Simulator, (Report No. 11-1290451-000026-01)"