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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 발행연도
- 2022
- 저작권
- 과학기술연합대학원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수25
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2022
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최근 다양한 형태의 도심 항공 모빌리티(UAM: Urban Air Mobility)용 수직 이착륙기의 개발이 활발하게 진행되고 진행되고 있다. 도심 항공 모빌리티의 주요 항목으로는 안전, 소음, 운용 시간 등이 있다. 안전 및 소음 특성 측면에서 장점을 가지는 덕티드팬을 소형무인기의 틸팅방식 추진장치로 활용하고자 할 때 발생하는 공기역학적인 현상에 대해 연구하였다. 1940년대부터 덕티드팬을 활용한 수직 이착륙기에 대한 연구가 이루어졌으나, 덕티드팬 틸팅 과정에서 나타나는 피칭 모멘트와 항력과 관련된 문제들로 인해 안정적인 기체 개발에 도달하지 못하였다. 2000년대, 전기 동력을 기반으로 한 소형
무인기 개발이 활발히 진행되면서 소형화가 용이하고 높은 추력을 발생시킬 수 있는 덕티드팬에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 수직 이착륙기에 덕티드팬을 적용하기 위해서는 틸팅 과정에서 덕티드팬이 가지는 공력 특성을 파악하여 기체형상설계에 반영하여야 한다.
본 연구에서는 직경이 104mm 인 소형 덕티드팬을 풍동시험 및 전산해석하여 정지/전진/천이비행 조건에서의 공력 특성을 분석하였다. 소형 무인기에 적용했을 때 발생하는 현상을 파악하기 위해 한국항공우주연구원에서 개발중인 OPPAV 축소 시제기의 비행 조건을 참조하여 시험 조건을 선정하였으며, OPPAV 축소 시제기의 프로펠러 요구 추력을 만족하는 덕티드팬을 시험 모델로 선정하였다. 시험모델 하단에 6축 발란스를 설치하여 6분력을 측정하였으며, 시험모델 후방에 5공 프로브를 설치하여 후류를 측정하였다. 제자리비행 및 전진비행 조건에서 추력은 회전수가 증가할수록 증가하고 풍속이 증가할수록 감소하였고 회전수 21,000RPM 조건에서 축방향 속도가 약 60m/s 로 강한 후류가 나타났다. 천이비행 조건에서 추력 변화는 흐름각 영향을 적게 받으며 덕트 자체의 항력 특성의 영향이 지배적이다. 반면, 후류의 형상은 흐름각의 영향을 가장 크게 받는다. 시험에서 발생하는 현상을 규명하기 위해 특정 조건에서 전산 해석을 수행하여 덕티드팬의 공력 특성을 분석하였다. 전체적인 경향은 풍동 시험 결과와 유사하다. 제자리비행 조건에서 덕트와 팬이 발생하는 추력이 거의 같았으며, 풍속이 증가할수록 덕트는 항력 요인으로 작용하였고, 스테이터는 팬이 발생하는 토크를 상쇄하는 역할을 하는 것을 확인하였다.
무인기 개발이 활발히 진행되면서 소형화가 용이하고 높은 추력을 발생시킬 수 있는 덕티드팬에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 수직 이착륙기에 덕티드팬을 적용하기 위해서는 틸팅 과정에서 덕티드팬이 가지는 공력 특성을 파악하여 기체형상설계에 반영하여야 한다.
본 연구에서는 직경이 104mm 인 소형 덕티드팬을 풍동시험 및 전산해석하여 정지/전진/천이비행 조건에서의 공력 특성을 분석하였다. 소형 무인기에 적용했을 때 발생하는 현상을 파악하기 위해 한국항공우주연구원에서 개발중인 OPPAV 축소 시제기의 비행 조건을 참조하여 시험 조건을 선정하였으며, OPPAV 축소 시제기의 프로펠러 요구 추력을 만족하는 덕티드팬을 시험 모델로 선정하였다. 시험모델 하단에 6축 발란스를 설치하여 6분력을 측정하였으며, 시험모델 후방에 5공 프로브를 설치하여 후류를 측정하였다. 제자리비행 및 전진비행 조건에서 추력은 회전수가 증가할수록 증가하고 풍속이 증가할수록 감소하였고 회전수 21,000RPM 조건에서 축방향 속도가 약 60m/s 로 강한 후류가 나타났다. 천이비행 조건에서 추력 변화는 흐름각 영향을 적게 받으며 덕트 자체의 항력 특성의 영향이 지배적이다. 반면, 후류의 형상은 흐름각의 영향을 가장 크게 받는다. 시험에서 발생하는 현상을 규명하기 위해 특정 조건에서 전산 해석을 수행하여 덕티드팬의 공력 특성을 분석하였다. 전체적인 경향은 풍동 시험 결과와 유사하다. 제자리비행 조건에서 덕트와 팬이 발생하는 추력이 거의 같았으며, 풍속이 증가할수록 덕트는 항력 요인으로 작용하였고, 스테이터는 팬이 발생하는 토크를 상쇄하는 역할을 하는 것을 확인하였다.
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