수지필름 인퓨전 탄소섬유 복합재료를 적용한 무인항공기용 구조체 개발
Development of Resin Film Infusion Carbon Composite Structure for UAV
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초록
최근 널리 연구되고 있는 대표적인 OOA(out-of-autoclave) 공정의 하나인 수지필름 인퓨전(resin film infusion,RFI) 공정은 우수한 기계적 물성과 수지의 균일한 함침성을 가지면서도 대형 구조물에서의 공정비용을 대폭 저감할 수 있는 장점을 지니고 있다. 본 연구에서는 RFI 탄소섬유 복합재를 2 m 이상급 무인기 구조체에 적용하여 구조적 안전성을 향상시킴과 동시에 경량화를 달성하기 위한 연구를 수행하였다. 재료 인장시험결과 T300급 탄소섬유 복합재료와 비교하였을 시 강도는 46% 높은 결과를 보이며 강성은 유사한 수준임을 확인할 수 있었다. 또한 상기 재료물성을 적용한 탄소섬유 복합재 날개구조의 설계 및 해석 결과, 유리섬유 복합재를 적용한 기존 모델 대비 날개 길이방향 강성이 증가하여 날개 끝단 처짐량은 31% 감소하고 구조 안전계수가 28% 증가함과 동시에 전체 구조의 무게를 10% 이상 경량화 가능함을 확인하였다.
Abstract
Fiber reinforced composites fabricated by the resin film infusion (RFI) process, which is one of the out of-autoclave process, have the advantage of significantly reducing the processing cost in large structures while having excellent mechanical properties and uniform impregnation of the resin. In this study, we applied RFI carbon fiber composites to unmanned aerial vehicle structures to improve structural safety and achieve weight reduction. The tensile test results showed that the strength was 46% higher than that of generic T300 grade plain weave carbon fiber composites. As a result of the layup design and finite element analysis of the composite wing structure using the above material properties, the wing tip deflection is decreased by 31%, the structural safety factor is increased by 28% and the weight of the entire structure can be reduced by more than 10% compared to the reference model using glass fiber composite material.
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