복합재 날개돛 설계

• 선단 섹션, 스파 및 연결 스트립의 선형 정적 해석

• 개별 라미나에서 응력 관찰

• 코윈 파괴 기준을 통해 설계를 개선할 수 있는 영역 확인

항공우주 기술을 이용하여 설계된 13.65m 높이의 날개돛은 노멕스 타입 코어를 둘러싼 유리섬유와 탄소섬유의 여러 층으로 구성되어 있습니다. 후미 섹션 또는 ‘날개’는 선단 섹션 또는 ‘플랩’과 공기 유도 슬렛으로 분리되어 있습니다. 상하 보가 이 두 섹션을 꼬리와 연결하며, 전체 조립체는 대경륜 베어링에 장착되어 바람에 대한 지속적이고 정확한 받는각을 얻습니다.

신형 날개 설계를 분석하기 위해 LUSAS Composite를 사용하여 3D 유한 요소 모델이 DXF 및 추가 좌표 데이터를 사용하여 생성되었습니다. 제조 방법에 맞추어 모델은 선단 섹션, 스파 섹션 및 선단과 스파 섹션을 결합하는 스트립 섹션의 3개 주요 부품으로 나누어졌습니다. 지정된 복합재 구조를 달성하기 위해 각 모델의 3개 주요 부분에 대해 17개 서로 다른 기하학 및 복합재 데이터 세트가 생성되었으며, 각 복합재 데이터 세트는 적층 순서, 재료 방향 및 층의 상대 두께에 대한 상세 정보를 포함하고 있습니다. LUSAS Composite를 사용함으로써 적층은 분석할 구성 요소와 독립적으로 정의할 수 있으며, 적층의 방향과 순서를 시각적으로 볼 수 있어 빠르고 정확한 모델 정의가 가능합니다.

네 가지 하중 조건, 즉 후미 섹션의 상부 12.8m에 작용하는 균등 분포 하중(UDL); 후미 섹션 자체의 관성 하중; 및 후미 섹션 하단에서 각각 8.2m와 0.75m 떨어진 지점에 적용된 상하 보 하중이 분석을 위한 결과 하중 조합을 도출하는 데 사용되었습니다. 선형 정적 응력 해석이 우수한 결과를 보여주었습니다. LUSAS의 광범위한 결과 처리 기능을 사용하여 각 복합재 층에서 주응력을 시각적으로 확인할 수 있었습니다. 재료 방향에 수직인 응력은 일반적으로 낮았으나, 날개 기초 근처의 전환 영역에서는 기하학적 변화가 급격히 일어나는 곳에서 높은 응력이 발견되었습니다. 복합재 구조에 코윈 파괴 기준을 적용하여 설계를 추가로 최적화할 수 있는 영역을 강조했습니다.

“LUSAS Composite를 사용하여 이 분석을 진행함으로써 Walker Wingsail Systems는 매우 만족스러운 경량 설계로 프로토타입 제작 단계로 나갈 수 있는 신뢰도를 높일 수 있었습니다.”