[논문]평판 날개의 아음속 플러터 실험 및 해석

배재성; 김종윤; 양승만; 이인

doi:10.5139/jksas.2002.30.5.056

평판 날개의 아음속 플러터 실험 및 해석
Subsonic Flutter Experiment and Analysis of Flat Plate Wing 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.30 no.5, 2002년, pp.56 - 61

배재성 (한국과학기술원 항공우주공학) , 김종윤 (한국과학기술원 항공우주공학) , 양승만 (한국과학기술원 항공우주공학) , 이인 (한국과학기술원 기계공학과)

초록
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평판 날개의 플러터에 대한 실험적 연구가 수행되었으며, 여러 가지 플러터 해석 방법들을 실험결과와 비교함으로써 검증하였다. 플러터 실험을 위한 날개 모델과 장치들이 아음속 풍동에 설치되었다. 시스템 식렬법을 이용하여 풍동 실험 데이터로부터 플러터 속도를 예측하였다. 날개 모델의 플러터 해석을 위해 MSC/NASTRAN, V-g방법, 근궤적법이 사용되었다. 해석으로 구한 플러터 속도와 실험으로부터 추정된 플러터 속도를 비교하였으며, 그 결과 잘 일치하였다. 본 연구의 날개 모델이 플러터 해석의 벤치마크 모델로 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Experimental flutter test for a flat plate wing is performed and the flutter analysis methods are verified by comparing with the experimental results. Wing model and experimental equipment are established in the subsonic wind-tunnel. From the response of the wing, the flutter speed is estimated by using the system identification technique. MSC/NASTRAN, V-g method and root-locus method are used for the flutter analysis of the wing. The computed flutter speed is compared with the estimated one from the experiment, and they show good agreement. Wing model in the present study can be used as a benchmark model for the flutter analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 3차원의 평판 날개와 플랩이 있는 평판 날개에 대한 플러터 해석 및 플러터실험을 수행하였다.
본 연구에서는 아음속 영역의 플러터 해석 방법의 타당성을 검토할 수 있는 알루미늄 평판 날개 모델을 제작하여 해석과 더불어 실험을 통해 해석 방법들의 결과와 비교하였다. 플랩(flap)이 없는 평판 날개와 플랩이 있는 평판 날개에 대하여 MSC/NASTRAN[6]을 이용한 플러터 해석과 DHM 과 V-g 방법 [7] 및 근궤적법 (root-locus method)[8]을 이용한 플러터 해석을 수행하였다.

제안 방법

3의 풍동 실험 장치에서 풍동 부분을 제외한 다른 장치들을 사용하였다. Fig. 1과 Fig. 2의 A 부분에서는 압전 세라믹 (PZT)를 이용하여 랜덤 가진하였고, B 부분에서는 레이저 변위계 (Keyence LB-301)로 랜덤 가진에 의한 날개의 랜덤 변위를 측정하였다. 플랩 평판 날개의 경우 랜덤 변위를 측정한 부분이 두 곳인데, 이는 플래핑 모우드는 날개 내에서 변위를 측정할 수 없고, 플랩 부분에서만 변위가 측정되기 때문이다.
플랩(flap)이 없는 평판 날개와 플랩이 있는 평판 날개에 대하여 MSC/NASTRAN[6]을 이용한 플러터 해석과 DHM 과 V-g 방법 [7] 및 근궤적법 (root-locus method)[8]을 이용한 플러터 해석을 수행하였다. 그리고, 실험 모델을 제작하여 아음속 풍동에서플러터 실험을 수행하였다. 플러터 실험으로부터 얻은 진동 신호를 이용하여 시스템 식별법으로플러터 속도를 예측하였다.
플러터 실험으로부터 얻은 진동 신호를 이용하여 시스템 식별법으로플러터 속도를 예측하였다. 또한, 예측된 플러터속도 결과와 해석의 플러터 속도 결과를 비교하여 개발된 코드의 검증 및 타당성을 조사하였다.
수행하였다. 또한, 풍동 실험으로 변위를 측정하여 날개의 변위 신호로부터 시스템 식별법을 이용하여 플러터속도를 예측하였다. 즉, 날개의 진동 신호를 받아 ARMA 모델을 추정하고, Jury's determinant method을 이용하여 플러터 속도를 예측하였다.
3은 풍동 실험을 위한 실험 장치들을 보여주고 있다. 레이저 변위계(Keyence LB-301)를 사용하여 날개의 변위를 측정하였다. 변위를 측정한 곳은 지상 진동 실험에서 랜덤 변위를 측정한 부분과 같다.
각 날개 뿌리의 점선 부분은 실험 시 고정을 위한 부분이다. 변위 측정 후 받아들인 신호를 FFT 해석기(Analyzer)를 이용하여 고유 진동수를 구하였다. Table 1 과 Table 2는 플랩이 없는 평w 날개와 플랩이 있는 평판 날개의 지상 진동 실험 결과와 MSC/NASTRAN을 이용한 자유 진동 해석 결과를 각각 보여주고 있다.
본 연구에서는 Fig. 1과 Fig. 2의 평판 날개를 제작하여 한국과학기술원 아음속 풍동에서 플러터 실험을 수행하였다. 지상 진동 실험 장치는 Fig.
실험으로부터 예측된 플러터 속도와 해석을 통한 플러터 결과를 비교함으로써, 해석 방법의 타당성을 검토하였다. 따라서, 본 연구에서 사용된 모델이 플러터 해석 방법의 향후 자료로써 사용될 수 있을 것이라 사료된다.
본 연구의 대상 모델에 대해 개발된 플러터 해석 방법들이 풍동 실험을 통한 플러터 속도 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 플랩이 없는 평판 날개의 플러터 속도를 예측한 경우와 마찬가지로 플랩이 있는 평판 날개에 대해서도 풍동 실험에 의한 변위 신호로부터 ARMA 모델의 계수들을 추정하여 플러터속도를 예측하였다. Fig.
그리고, 실험 모델을 제작하여 아음속 풍동에서플러터 실험을 수행하였다. 플러터 실험으로부터 얻은 진동 신호를 이용하여 시스템 식별법으로플러터 속도를 예측하였다. 또한, 예측된 플러터속도 결과와 해석의 플러터 속도 결과를 비교하여 개발된 코드의 검증 및 타당성을 조사하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 플러터 해석과 실험을 위해 알루미늄의 평판 날개 (flat plate wing)를 사용하였다. Fig.
2의 평판 날개를 제작하여 한국과학기술원 아음속 풍동에서 플러터 실험을 수행하였다. 지상 진동 실험 장치는 Fig. 3의 풍동 실험 장치에서 풍동 부분을 제외한 다른 장치들을 사용하였다. Fig.

이론/모형

플러터 해석을 위해 MSC/NASTRAN[6]의플러터 해석 모듈, 참고문헌[7]의 V-g 방법과 참고문헌[8]의 근궤적법을 사용하여 플러터 해석을 수행하였다. 비정상 공기력 계산을 위해 아음속 DHM 코드[기을 이용하였다.
또한, 풍동 실험으로 변위를 측정하여 날개의 변위 신호로부터 시스템 식별법을 이용하여 플러터속도를 예측하였다. 즉, 날개의 진동 신호를 받아 ARMA 모델을 추정하고, Jury's determinant method을 이용하여 플러터 속도를 예측하였다.
플랩(flap)이 없는 평판 날개와 플랩이 있는 평판 날개에 대하여 MSC/NASTRAN[6]을 이용한 플러터 해석과 DHM 과 V-g 방법 [7] 및 근궤적법 (root-locus method)[8]을 이용한 플러터 해석을 수행하였다. 그리고, 실험 모델을 제작하여 아음속 풍동에서플러터 실험을 수행하였다.
플러터 실험 모델에 대해 MSC/NASTRAN과 DHM 과 V-g 방법 및 근궤적 법 (root-locus method)을 이용하여 플러터 해석을 수행하였다. 또한, 풍동 실험으로 변위를 측정하여 날개의 변위 신호로부터 시스템 식별법을 이용하여 플러터속도를 예측하였다.
2에서 A 는 압전 세라믹 (PZT)를 이용하여 랜덤 가진한부분을 나타내고, B 는 레이저 변위계 (Keyence LB-301)로 랜덤 변위를 측정한 부분을 나타내고 있다. 플러터 해석을 위해 MSC/NASTRAN[6]의플러터 해석 모듈, 참고문헌[7]의 V-g 방법과 참고문헌[8]의 근궤적법을 사용하여 플러터 해석을 수행하였다. 비정상 공기력 계산을 위해 아음속 DHM 코드[기을 이용하였다.

성능/효과

8은 플랩이 있는 평판 날개에 대하여 2개와 4개의 모우드를 이용하여 플러터 속도를 예측한 결과를 보여 준다. 2개의 모우드를 사용하여 예측한 플러터 속도는 4개를 사용한 예측값보다 상당히 높음을 알 수 있다. Table 4는 플랩이 있는 평판 날개의 플러터 해석 결과와 4개의 모우드를 사용하여 예측한플러터 속도를 보여 준다.
Table 3은 평판 날개 모델에 대한 여러 가지 해석 결과와 풍동 실험 결과를 보여 주고 있다. 본 연구의 대상 모델에 대해 개발된 플러터 해석 방법들이 풍동 실험을 통한 플러터 속도 결과와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다. 플랩이 없는 평판 날개의 플러터 속도를 예측한 경우와 마찬가지로 플랩이 있는 평판 날개에 대해서도 풍동 실험에 의한 변위 신호로부터 ARMA 모델의 계수들을 추정하여 플러터속도를 예측하였다.
Table 4는 플랩이 있는 평판 날개의 플러터 해석 결과와 4개의 모우드를 사용하여 예측한플러터 속도를 보여 준다. 플러터 해석 결과가 4 개의 모우드를 사용하여 예측한 플러터 속도와 일치하고 있음을 알 수 있다. 플랩이 있는 평판 날개의 경우 3, 4번째 모우드가 플러터 발생에 중요한 영향을 미치므로[8], 구조 모우드를 2개를 사용할 경우 플러터 속도 예측에 많은 오차가 발생한다.

후속연구

검토하였다. 따라서, 본 연구에서 사용된 모델이 플러터 해석 방법의 향후 자료로써 사용될 수 있을 것이라 사료된다.

참고문헌 (10)

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Jury, I. E., and Pavlidis, T., "Stability and Aperiodicity Constraints for System Design," IEEE Transactions on Circuit Theory, Vol. 10, No. 1, 1963, pp. 137-141.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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