• 한국항공우주학회지
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• 제47권7호
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• pp.489-498
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• 2019

본 연구에서는 국내 개발 중인 소형 민수 헬리콥터(LCH)에 대해 유체-구조 연계 기법을 이용하여 로터 공력 및 구조 하중에 대한 고정밀 공탄성 해석을 수행하였다. LCH 로터는 일반적인 힌지형 로터와 달리 탄성체 베어링과 블레이드 상호 연계형 댐퍼 시스템을 탑재하였으며, 이에 대한 구조동역학 해석을 위해 CAMRAD-II 모델을 구축하였다. 주 운용조건인 전진비 0.28 순항조건에서 단일 로터 모델과 로터-동체 모델에 대한 유체-구조 연계해석을 수행하여 동체 모델링의 효과를 분석하였다. 동체 모델링이 로터의 하중 및 블레이드-와류 간섭에 미치는 영향은 제한적이지만, 루트에서 발생한 와류가 동체 효과에 의해 꼬리 로터에 무시할 수 없는 영향을 줄 수 있음을 수치적으로 확인하였다. 양력선 이론 기반의 구조동역학 해석 결과는 유체-구조 연계해석 결과와 대체로 부합하는 결과를 보였으나, 비정상 유동 예측 모델의 한계로 인해 공력 하중, 탄성 변위에 대한 peak-to-peak 크기를 낮게 예측하고 구조 진동 하중에서 주요한 위상 차이를 나타냈다.

• 한국항공운항학회지
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• 제9권1호
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• pp.59-69
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• 2001

복합재로 된 회전날개깃을 상자보로 모델링하고 수동/능동 감쇠를 주기 위해 ACL(Active Constrained Damping Layer)을 상하양면에 부착하고 복합변위이론에 기초한 유한요소방법을 이용하여 구조해석을 수행하였다. 이 이론은 ACL내의 복합재와 점탄성층 그리고 압전층의 전단변형효과를 정확하게 모델링하는데 효과적이다. Hankel 의 특이값을 이용해 축차모델을 유도하였으며 축차모델과 측정된 출력에 기초한 LQG 제어기를 설계하였다. 그러나 LQG 제어기는 공칭 운전속도에서는 좋은 성능을 보여주었으나 운전속도가 변하는 상황에 대해서는 강인안정성을 보여주지 못했다. 이 LQG제어기의 강인안정성을 개선하기 위하여 루프전달회복을 통한 강인한 제어기를 설계하였다. 수치 예를 통해 제시된 제어기가 회전날개깃의 공기역학적인 안정성을 개선하는데 효과적이며 동체모드와 연계된 리드-래그 모드감쇠를 증가시켜 회전날개깃의 진동을 효과적으로 억제하는 것을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권5호
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• pp.1-9
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• 2003

본 연구에서는 비정렬격자계를 사용하여 덮개 꼬리 로터의 제자리 비행에 대한 압축성, 비정성 유동을 해석하였다. 유동계산을 위한 수치적 기법으로는 셀 중심에 기초한 유한체적법과 내재적인 시간적분법을 사용하였다. 계산은 로터의 한 블레이드에 대해 수행되었으며, 블레이드와 블레이드 사이에는 주기적 경계조건을 설정하였다. 덮개가 없는 로터 형상에 대한 성능은 실험 결과와 잘 일치함을 보였다. 덮개를 포함하는 로터 형상에 대한 계산은 비교된 실험 형상의 불확실성을 고려하여 추력이 일치하는 피치각을 가지는 경우에 대해 수행하였으며, 자세한 유동은 실험결과와 잘 일치함을 확인할 수 있었다. 그 결과로부터 본 방법이 블레이드 끝단간극을 포함하는 복잡한 3차원 덮개 꼬리 로터 형상 해석에 매우 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.59-59
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• 2017

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.