고객이 직면한 과제
Wichita State University의 국립 항공 연구원(NIAR)는 미국에서 가장 큰 대학 항공 연구 및 개발 기관입니다. 네 곳의 부지를 더하면 320,000평방 피트에 달하며 12곳 이상의 실험실에서 일반적인 상용 및 군용 항공기 기술 발전에 전념하고 있습니다.
NIAR의 기술 이사이자 항공기 내공성 및 지속성 연구 프로그램의 수석 과학자인 Waruna Seneviratne 박사는 "고객은 경험이 풍부한 인력과 최첨단 장비를 보유한 NIAR를 선택합니다."라고 합니다. "저희는 많은 분야의 경험이 있습니다. 재료 선택 및 허용 테스트부터 실제 크기 인증 테스트 및 분해 검사에 이르기까지 모든 것에 대해 상담합니다. 이는 서비스 일체를 지원하는 시스템입니다."
NIAR에서는 전문 지식을 사용하여 항공 우주 분야에서 가장 어려운 문제를 해결합니다. 그중 하나는 보증된 서비스 수명이 끝난 1세대 복합재 부품이 얼마나 오래 지속될 것 인지입니다. 이러한 구성요소가 금속 구성요소에 대해 쉽게 액세스할 수 있는 수십 년의 운영 데이터 및 연구가 부족하기 때문에 복합재 구조의 균열 역학에 대한 의미 있는 통찰력을 얻기는 어렵습니다. 결과적으로 복합재 구조물의 수명 연장은 기존 방법론으로는 달성할 수 없습니다. 적합 사례: F/A-18 Hornet
"F/A-18은 1970년대에 설계되었지만 미 해군은 대체기인 F-35를 2019년까지 사용하지 못할 것입니다." Seneviratne의 말입니다. "많은 해군용 F/A-18 기체의 퇴역이 다가오고 있으며 이러한 복합재 구조물의 서비스 수명을 안전하게 연장하고자 합니다. 그러나 이러한 노후화된 구조가 그렇게 확장된 서비스를 얼마나 견딜 수 있는지는 알 수 없습니다. 그것이 바로 저희 연구팀이 탐구하는 부분입니다."
MTS 솔루션
Seneviratne과 그의 팀은 노후화된 F/A-18 복합재 부품 및 구조의 피로 테스트를 수행하기 위해 플로어 스탠딩 단축 부하 프레임에서 피로 등급 MTS 액추에이터를 포함하는 실물 크기 다축 구조 테스트 장비에 이르기까지 다양한 MTS 테스트 솔루션을 사용합니다. 이러한 솔루션은 또한 MTS의 AeroPro™ 제어 및 데이터 수집 소프트웨어, MTS 디지털 제어 및 MTS SilentFlo™ 유압 동력 장치를 통합합니다.
F/A-18 Hornet의 날개 구조는 날개가 동체에 부착되어 많은 하중을 받는 날개 뿌리에서 복합 날개 스킨과 복합재 티타늄 결합 연결부로 구성됩니다. 이 연구는 처음에 퇴역한 F/A-18 기체의 날개 표면에서 추출한 25인치 길이의 개 뼈 시편을 평가하는 데 초점을 맞추었습니다. 스펙트럼 부하를 사용하는 주기적 테스트는 실제 작동 부하를 복제했기 때문에 팀은 각 표뵨의 잔류 강도 및 피로 수명 데이터를 원래 인증 데이터와 비교하고 접합부의 남은 수명을 결정할 수 있었습니다.
"저희는 합성재 티타늄 결합 접합부가 생각했던 것보다 훨씬 긴 수명을 가졌다는 것을 발견했습니다." Seneviratne의 말입니다. “서비스 이력이 각 접합부의 잔류 강도에 큰 영향을 미치지 않았습니다. 접합부는 일반적으로 장력이 우세한 피로 스펙트럼 하에서 5개 이상의 추가 피로 수명이 남아 있었고 몇 개는 상당한 강도 저하 없이 10개의 수명을 견뎌냈습니다.”
이러한 결론은 합성재 표면으로 구성된 내부 날개에 대한 보다 광범위한 실물 크기 구조 테스트로 이어졌습니다. 테스트 대상은 F/A-18 중앙 동체, 내부 날개 및 뒷부분 플실험실입니다. 테스트의 첫 단계에서 날개 구조의 추가 수명 동안 테스트 하중을 순환키며 피로로 인한 손상을 모니터링했습니다. 두 번째 테스트 단계에서는 지속적인 피로 주기 동안 다양한 종류의 손상을 시뮬레이션하여 손상 억제 및 성장률(있는 경우)을 평가했습니다.
고객 혜택
NIAR 연구의 가장 중요한 결과는 미 해군이 F/A-18의 수명 연장 노력을지원하는 데 필요한 데이터를 보유하고 있다는 것이며 특히 내부 날개의 고급 합성 구조와 관련하여 훨씬 더 큰 확신을 가지고 있습니다. 해군과 다른 군은 다른 노후화 플랫폼에도 이 방법을 적용할 수 있습니다.
"저희는 제어된 실험실 환경에서 잠재적인 문제를 식별함으로써 전체 전력의 안전을 위협할 수 있는 예기치 않은 현상의 위험을 줄일 수 있습니다." Seneviratne의 말입니다. "저희 작업 데이터는 또한 복합재 항공기 구성요소 및 구조의 새로운 설계를 알리고 개선하는 데 도움이 될 것입니다."
Seneviratne의 팀은 MTS 테스트 솔루션을 사용하여 이 연구를 안전하고 효율적으로 완료하는 데 도움을 받았습니다. 액추에이터와 디지털 제어 시스템의 반응은 값비싼 테스트 대상과 테스트 운영자 모두를 보호하는 역할을 했습니다. 독립적인 압력 제어 및 기타 안전 기능과 결합된 MTS 서보 밸브의 민첩성은 매우 짧은 시간에 엄청난 양의 힘을 가할 수 있는 구조 테스트 장비의 액추에이터를 쉽고 정밀하게 관리할 수 있게 했습니다.
Seneviratne은 "신뢰성도 중요합니다. 테스트 장비의 유지 보수를 위해 대규모 구조 테스트를 중지할 때마다 수만 달러의 비용이 듭니다. MTS 테스트 솔루션은 매우 신뢰할 수 있습니다. 액추에이터를 설정하면 재보정할 때까지 사용할 수 있습니다. 저희는 그들과 함께 수만 번의 피로 테스트를 수행했으며 투자 수익은 매우 만족스럽습니다." Seneviratne의 말입니다.
Seneviratne은 또한 AeroPro 소프트웨어의 다양한 기능을 높이 평가하여 연구원들이 시간을 들이지 않고도 수백 개의 스트레인 게이지와 수십 개의 제어 채널을 활용하는 다양한 테스트의 설정 및 실행을 보다 쉽게 자동화할 수 있습니다. 많은 시간을 들여 매우 복잡한 테스트 장비를 물리적으로 재구성할 필요가 없습니다. 더욱이 MTS에서는 고품질 서비스와 기술 지원은 물론 보정 및 유압 시스템 설계와 같은 부가가치 서비스를 제공합니다.
"MTS는 복잡한 테스트 솔루션을 생산하고 지원한 경험이 있습니다." Seneviratne의 결론입니다. “그들은 저희가 더 효율적인 운영을 통해 비용을 감소시킬 방법을 알고 있습니다. 서로에게 좋은 일이죠."
