수리온 헬리콥터 진동

수리온진동 - 수리온 헬리콥터의 진동

1. 수리온의 진동의 종류 및 형태

1.1.M/R blade의 일반소개
수리온의 메인로터의 재질은 fiber glass의
일종인 carbon graphite 소재로 이루어져있다.
Main rotor head는 Fully article rated type으로 feathering hinge, flapping hinge,
lead-leg등 3개의 힌지로 구성되어져있다.
M/R의 운용 회전수는 265~272 RPM으로
초당 4.4~4.53 Hz 로 운용되어진다.
M/R는 총4개의 blades로 구성되어 있으며 tip speed는 약215~224 m/sec
으로 약mach 0.66의 아음속 Airfoil이다.
고속으로 회전하는 M/R에서 발생하는
진동의 형태로는 vertical vibration과
Lateral vibration으로 구분이 되며
그 종류로는;

• Lower frequncy vibration (0~15Hz)
• Medium frequncy vibration (16~50Hz)
• High frequncy vibration (51 Hz ~ )
  등으로 나눠지며
  Main rotor에서 발생하는 진동으로는
  M/R 1/rev, 2/rev, 3/rev, 4/rev, 5/rev,
  6/rev, 7/rev, 8/rev (rev: revolution)
  등으로 메인로터의 Blade 수와 상관 관계를
  이룬다.

1. 수리온 1/rev vibration ;
   vertical vibration과 lateral vibration으로 구분된다.

2.1. vertical vibration
각각의 Main rotor blade에 airfoil에 차이에 의해 발생하는 다른 air effect 에 의해서 발생하며 blade의 서로 다른 track차이에 의해 발생한다.
Vertical vibration의 수정방법으로는 저속에서는 pitch control link와 고속에서는 out board trim tab으로 track의 일치 시키는 작업으로 진동을 수정을한다.

2.2. Lateral vibration
hub나 Blade의 무게와 원심력에서 발생하는 blade와 M/R hub의 무게 차이 때문에 나타나는 spanwise unbalance와 lead-leg의 불균형과 main rotor hub의 Trunnion 의 centering의 misalignment등으로 나타나는 Chordwise unbalance가 있는데
수정방법으로는 Balance weight의 가감이나 sweeping이라는 방법으로 진동을 수정한다.
※ 참고사항
일반적인 1/rev 진동의 값에 정의는
ISO 2372(10~1000Hz)에서 지시하고 있는 General mechanical dynamic vibration level의 범위나 일부 제작사에서 규정하고있는
안전 범위를 따르고 있다.
일반적으로 5mm 또는0.2ips의 범위를 지시하고있다.

2.3. 진동수정작업 수행시기

• main rotor hub 부품 또는 blade의
  교환 및 수리
• Rotor control machanism의 부품 또는
  bearing의 교환
• flight control system에 부품 교환이나 긴도 조절이 필요등의 작업을 수행한 경우
• 조종사의 진동에 대한 요구가 있을 때
• HUMS를 장착한 항공기의 abnormal Signal이 있을 때

2.4. 진동수정의 접근방법
Vertical vib'이든 Lateral vib'이든
초기 test run과 test filght시 초기
진동이 발생한 각도 또는 Phase angle로
부터 요구하는 수정 값(장비의 solution)으로
수정 시 phase angle의 변위 값을 확인하여야하며 정상적인 movement correction인지 아닌지의 각의 변화량을
확인 하여야한다.
회전하는 blade는 각각 고유angle의 영역이 있으며
그 각에 영역에 변화를 확인하고 판단하여 이상 변위각의 발견 시에는 비행을 중지하고
작업의 정확성을 확인하고 Rotor control system 구성품 및 flight cotrol system의 부품의 점검 기체의 M/M의거 요구되는 항목을 검사하여야한다.

1.2.4.수리온 1/REV의 결론
수리온 Rotor blade의 1/rev vertical vibration과 lateral vibration은
부품의 손상이 없고 정상적이라면 pitch control link와 trim tab 으로 Main rotor의 blade와 hub나 blade weight의 가감으로 수리온의 1/rev의 진동은 수정이 가능하며
1/rev vibration은 구성품의 Attachment와
rotor control system bearing등에 지속적인 stress가 전달되어 결함을 발생시킨다.

1.2.5. Bearing 유격과 진동에 관계의 예

1/rev의 진동에 일반적인 vibration의 limits는 0.2ips(inch per second)으로
단위를 metric으로 환산하면 약5.08mm
이다. 수리온의 M/R 회전수가 약4.53RPS(rotating per second)이므로
rotor 1회전당 약1.12mm(약0.044ip)의 움직임이 수리온 진동수의 한계값이다.
bearing은 제작시에 평균 약0.02mm~
0.03mm 유격의 허용치로
1.12+0.03=1.15×4.53=5.20mm
1.12+0.10=1.22×4.53=5.53mm
위와 같이 한개의 bearing이 유격이 발생할때
진동의 변위를 볼수있는데 전체의 bearing에
유격이 발생 했을때의 total값은;
1.12+0.40(또는 그 이상)=1.52×4.53=
6.88mm(0.27ips)기본 수치가 정상값에서
벗어나는 것을 알 수있다.
위의 예처럼 rotor control system 및 blade와 부품이나 구성품의 결함으로 인해 진동이 증가 할 경우 진동의 수치도 같이 증가한다. 때문에 rotor system에서의
복합진동은 유격이나 결함을 통해 발생한다는 것을 알수있다.
각각의 rotor blades에서 발생하는 일반적인 관성에너지에서 전혀 다른 방해에너지가 생성되어 정상적인 진동수정을
할 수 없게 되는것이다.
때문에 진동은 수정하기보다는 trend하여 troubleshootiing과 같이 system의 전반적인 상태를 관찰하고 수정하는것이
바람직한 1/rev의 검사와 수정방법이다.

1. 수리온 4/rev vibration 개요
   일반적으로 초기의 Helicopter의 blade의
   model에서는 blade의 spanwise가 짧거나
   길더라도 재질이 metal쪽이었기 때문에
   강직성이 우수하여 flutter에 영향을 받지 않았다. 이후 재질의 기술이 발전함에 따라
   composite 소재로 main rotor blade가
   만들어지고 blade의 길이와 면적 ,갯수가 증가함에 따라 전체적으로는 중량과 강도는
   발전하였지만 flexible 함에서 나타나는 각각의 blade에서 flutter가 medium freqency 즉 수리온 M/R 4/rev 18.1Hz의
   발생한다.

2.1.Mediums frequncy(18.1Hz)
2.1.1. Rotor blade의 구성요소;

• Transmissions mounts
• Advcs(adaptive tuned vibration cont' system)
• Main rotor hub style
• Blade attachment
• Spar
• Honeycomb
• Skin
• weight pocket
• trim tab

2.1.2.기하학적인 면과 설계 구성요소에는;

• Airfoil 형상(NACA?????)
• MAC(means aero dynamic chords)
• geometrical twist angle
• 회전 방향
• Nr(rotor RPM)

2.2. 발생원인

현재 우리나라의 방위력을 증강시키기 위해
다양한 각도로 국가에서는 노력을 하고있다.
그러한 노력의 일환으로 F-15,UH-60,AH-64,
T-50등에 항공기를 개발하고 도입하면서
많은 과제들을 앉고 그러한 문제점들을
개선하고 발전시키면서 국가안보에 기여하고있습니다. 이러한 내용들을에서 항공기 초기의 결함상태를 살펴보면
공군의 F-15는 국내 수입 된 이후 2년여간에 걸쳐 우리 공군에서 운용하면서 약 1200건의 결함이 보고되었다.
잘 알고 있는 T-50은 최초 2년간 운용하면서 2400여건의 결함이 있었지만 이후 대부분의 문제를 해소하고 지금은 세계로 수출하게 되었으며, 미국 공군 훈련기의 후보자리를 노리는 국가적인 자랑이 되었다.
기사화 된 문제점 이외에도 수많은 결함과 애로사항이 더 있다.
UH-60은 걸프전과 세계 각지에서 여러나라에
운용이 되어지면서 베스트셀러가 되었는데
이 역시도 초기에는 많은 결함과 운용 미숙으로 많은 인명이 비운을 맞이 하였다.
이 처럼 초기에 항공기들의 모델은 운용적인 면과 정비적인 면과 제작상의 시행착오와 오류등이 없을 수 없었으며 지속적인 관리와 운용자 육성 및 성능 개량을 통해 발전함과 동시에 안전도를 높여나가며 안전성확보를 해온 것이 사실이다. 국산화 헬기인 수리온도 역시 위와 같이 많은 오류와 시행착오를 겪으면서 2012년에 완성품이 만들어졌다. 더구나 군 감항을 기준으로 만들어진 항공기 이다보니 만간항공 기준보다는 많은 부분들이 그 규정과 상이했고
새로운 감항을 기준으로 합치성을 찾아야하는
어려움에 쳐한것도 현실이라고 생각한다.
그러나 짧은 시간에 그렇게 많은 난제들을
국가와 기업이 헤쳐나갔고 이제 민간 항공에서의 역할도 담당할 수 있게 되었다. 다소 남은 문제들은 해법은 법이
허락하는 테두리 안에서 조속히 해결 할 것이라 믿고 있다.
논란과 과제로 남은 문제들을 살펴보면 이를 충분히 극복하고 해 낼 수 있다고 생각한다.