항공기 날개 부분 단위구조체의 면 외 방향 물성 및 파손거동에 관한 연구
Study on Out-of-plane Properties and Failure Behavior of Aircraft Wing Unit Structures
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초록
탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 우수한 비강도 및 비강성으로 인하여 항공산업에서 널리 사용되고 있다. CFRP는 대부분 탄소섬유나 프리프레그를 적층한 구조로 사용되고 있으며, 이러한 구조는 박리가 발생할 수 있다는 치명적인 단점이 있다. 이는 보통 두께방향 섬유의 부재에서 기인한다. 본 연구에서는 탄소섬유가 세 방향으로 직조된 3차원 탄소섬유 프리폼 및 이를 적용한 항공기 날개 단위구조체를 제조하였다. 단위구조체는 항공기 날개의 핵심 요소인 스킨, 스트링거, 리브로 구성되며 수지 이송 성형공정을 이용하여 제조하였다. 압축시험을 통하여 기존의 적층형 구조물과 비교한 결과, 3차원 프리폼은 구조물의 박리예방 뿐만 아니라 강도향상에도 효과적임을 보여 주었으며, 이는 3D 프리폼 구조물이 박리 예방을 필요로 하는 다양한 분야, 특히 항공 분야에서 널리 사용될 수 있음을 의미한다.
Abstract
Carbon fiber-reinforced plastic, well known high specific strength and high specific stiffness, have been widely used in the aircraft industry. Mostly the CFRP structure is fabricated by lamination of carbon fiber or carbon prepreg, which has major disadvantage called delamination. Delamination is usually produced due to absence of the through-thickness direction fiber. In this study, three-dimensional carbon preform woven in three directions is used for fabrication of aircraft wing unit structure, a part of repeated structure in aircraft wing. The unit structure include skin, stringer and rib were prepared by resin transfer molding method. After, the 3D structure was compared with laminate structure through compression test. The results show that 3D structure is not only effective to prevent delamination but improved the mechanical strength. Therefore, the 3d preform structure is expected to be used in various fields requiring delamination prevention, especially in the aircraft industry.
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