전진 비행하는 quad-tilt propeller 형상 무인기에서 나타나는 공력간섭 현상에 대한 실험적 연구 :A experimental study of aerodynamic interference on quad-tilt propeller UAV wings in forward flight condition

김태우

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김태우 (과학기술연합대학원대학교, 과학기술연합대학원)

지도교수: 조태환

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

전진 비행하는 Quad-Tilt Propeller 형상 무인기 날개에서 나타나는 공력간섭 현상에 대한 실험적 연구

김태우 , 정진덕 , 김양원 외 2명 한국항공우주학회지 2019.02 학술저널

전진 비행하는 quad-tilt propeller 형상 무인기에서 나타나는 공력간섭 현상에 대한 실험적 연구

김태우 2019.01 학위논문

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Tilt propeller 혹은 Tilt wing 형상의 항공기는 고정익모드와 회전익모드로 천이하며 고정익항공기의 고속 순항능력과 회전익항공기의 제자리 이착륙 능력을 갖는다. 이러한 장점으로 인해 1950년대부터 연구되었으나 목표 성능을 달성하지 못하여 실용화되지 못하였다. 최근 항공우주분야 및 전자제어기술의 비약적인 발전으로 Bell사의 V-22와 한국항공우주연구원의 TR-60이 성공적으로 개발되었고 세계적으로 이러한 형상의 항공기들에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 틸트방식 항공기는 고정익, 회전익 및 천이비행등 다양한 비행모드를 가지므로 공기역학적으로 매우 복잡한 특징을 가지고 있다. 특히 Quad Tilt Propeller 항공기는 탠덤날개 방식의 기체 형상으로 인해 전후방 날개의 간섭과 전방 프로펠러에 의한 후방날개 및 후방 프로펠러 간섭이 추가된다. 탠덤날개를 갖는 항공기 전후방 날개의 공력 변화는 항공기의 수직안정성과 전체 양력효율에 큰 영향을 미치기 때문에 항공기 개발에 앞서 반드시 분석하여야한다.
본 연구에서는 한국항공우주연구원에서 개발중인 QTP 시제기를 풍동시험하여 전진 비행 조건에서 발생하는 전후방 날개 및 프로펠러의 공력간섭 효과를 분석하였다. 시험모델의 예상하중에 대비한 6분력 풍동저울을 설계, 교정하여 시험에 사용하였고 날개뿌리에 스트레인게이지를 부착하여 각 날개에서 생성된 공력 변화를 분석하였다. 프로펠러 장착 조합을 변경시켜가며 각 요소에 따른 공력간섭 효과를 분리하여 분석하였고 12홀 프로브를 이용한 유동장 측정시험과 유동가시화 실험을 이용해 유동장 특징을 정성적으로 관찰하였다. 이를 통해 탠덤날개형상의 항공기에서 전방날개와 프로펠러가 후방 날개에 미치는 영향을 분석하였다.

제1장 서론
1.1 연구 배경
1.2 연구 필요성
1.3 연구 내용 및 목적
제2장 시험장치 구성 및 교정
2.1 아음속 풍동
2.2 밸런스 시스템 구성
2.2.1. 단일 로드셀 하중특성 시험
2.2.2. 결합된 밸런스 시스템 하중 특성 시험
2.2.3 밸런스 시스템 교정
2.3 시험모델 표기법
3장 QTP Unpowered Test
3.1 시험 방법 및 반복성 검사
3.2 굽힘모멘트를 이용한 공력측정
3.2.1 수직력 계산 수식 타당성 검사 1
3.2.2 수직력 계산 수식 타당성 검사 2
3.3 전방날개 ? 후방날개 공력 간섭 분석
3.4 12홀 프로브를 이용한 유동장 측정
3.5 유동가시화 시험
3.5.1 스모크 시험
3.5.2 털실 시험
제4장 QTP Powered Test
4.1 히스테리시스 검사
4.2. 프로펠러 ? 날개 간섭효과 분석
4.2.1 프로펠러 후류로 인한 나래 유효받음각 변화
4.2.2 날개 유입류 동압 증가
4.2.3 프로펠러 고유 특성
4.3.3.1 QTP 무인기 시험에서 프로펠러 force 검증
4.3.3.2 단일 프로펠러 시험에서 프로펠러 force 검증
제5장 결론
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