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스마트무인기 로터 공탄성 및 훨플러터 안정성 해석
Rotor Aeroelastic and Whirl Flutter Stability Analysis for Smart-UAV 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.34 no.6, 2006년, pp.75 - 82  

김도형 (한국항공우주연구원) ,  이주영 (한국항공우주연구원) ,  김유신 (한국항공우주연구원) ,  이명규 (한국항공우주연구원) ,  김승호 (한국항공우주연구원)

초록
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틸트로터 항공기는 기존의 헬리콥터에 비해 두 배 정도 빠르고 비행 가능 영역은 수배에 이른다. 로터시스템을 틸팅(tilting)하여 전진비행하기 때문에 기존 헬기 블레이드에서 발생되는 전진면의 압축성 효과와 후퇴면의 실속을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 틸트로터 항공기에서는 훨플러터(whirl flutter)로 알려진 공탄성 불안정성으로 인해 최대 전진속도에 제한을 가지게 된다. 본 논문에서는 우선 로터시스템 자체의 공탄성 안정성에 대한 파라메트릭 연구를 수행하였고, 피치링크 강성, 짐발 스프링 상수, 원추각이 스마트무인기의 훨플러터 안정성에 미치는 영향을 CAMRAD II를 이용한 해석을 통해 고찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tiltrotor aircraft can fly about twice faster and several times further than conventional helicopters. These aircraft provide advantages preventing compressibility of advancing side and stall of retreating side of blades because they take forward flight with tilting rotor systems. However, they have...

주제어

#틸트로터   #스마트무인기   #공탄성 안정성   #훨플러터  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 CAMRAD II를 이용한 스마트 무인기 TRS3 로터시스템 모델의 공탄성 안정성 특성과 동체를 포함한 전기체에 대한 훨플러터 안정성 해석을 수행하였다. 훨 플러터 안정성 분석은 틸트로터 항공기 개발에 있어 반드시 확인해야할 사항으로, 본 연구에서 중점적으로 검토한 설계변수들 중에서는 피치링크 강성의 저감이 훨플러터 안정성을 저하시킬 수 있음을 주목할 수 있다.
  • 본 연구에서는 스마트 무인기 TRS3 모델에 대해 피치-플랩 연성, 원추각, 블레이드 끝 단 집중 질량이 로터 시스템 자체의 공탄성 안정성에 미치는 영향을 검토하고, 피치링크 강성, 짐 발 스프링 상수, 원추각 변화에 따른 전기체 훨 플러터 안정성 특성 변화를 CAMRAD 11[6]를 이용한 해석을 통해 검토하였다. 본 연구의 결과를 비롯한 다양한 해석 결과를 토대로 설계변경을 거쳐 현재 TRS5 모델로 업데이트 되었으며, 훨 플러터 안정성 해석 기술은 향후 지상시험 및 비행시험 단계까지 지속적으로 활용될 분야이다.
  • 훨 플러터 해석은 전기체에 대한 트림 상태에서 해석이 수행되므로, 트림 조건이 해석 결과에 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 여러 가지 트림 조건 중 동력의 한계를 고려하지 않는 수평 비행 조건과 동력제한을 고려한 트림 두 가지 경우에 대해 살펴보았다. 동력제한 트림은 일반적인 비행시험 기동이라 할 수 있으며, 동력(또는 토크) 한계에 해당하는 속도까지는 수평비행으로 평형 상태를 유지하고, 그 이후에는 동력한계 내에서 비행 속도 조건을 만족하기 위해 하강 비행을 하게 된다.
  • 초기원 추각은 하중 측면에서 로터블레이드 루트 모멘트 경감을 위해 2도가 적절한 것으로 해석을 통해 이미 살펴보았다. 본 연구에서는 원추각 변화가 훨 플러터에 미치는 영향을 살펴보았 다.
  • 본장에서는 TRS3 동체 모델과 앞장의 TRS3 로터 시스템 모델에 대한 CAMRAD II를 이용한 훨 플러터 안정성 해석 결과를 기술하였다. 훨 플 러터 안정성 특성 변화를 고찰하기 위한 설계변수는 피치링크 강성, 짐 발스프링 상수, 원추각으로 다음의 값을 이용하였다.
  • 훨플러 터는 XV-3개 발과정에서 관찰되 었고, 이후 틸트로터 항공기 개발에서 중요한 문제로 부각되었다. 틸트로터의 훨플러터를 고찰하기 전에 우선, 플랩운동이 없는(non-flapping) 강체 블 레이드와 유연하게 지지된(flexibly mounted) 프 로펠러/나셀(propeller/nacelle) 조합을 고려해보 자. 전진 비행 시 자이로스코픽 (gyroscopic) 힘에 의해 피치 (pitch)와 요(yaw) 운동은 연계 (couple) 되고, 섭동(perturbation)이 발생할 경우 공기력이 없으면 안정한 자이로스코픽 세차운동을 보이게 된다.

가설 설정

  • 피치-플랩 연성은 피치링크와 피치 흔의 체결 위치가 바뀌는 경우를 가정하여 -30 ~ +30도 위치에 대한 해석을 수행하였다. Fig.
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참고문헌 (8)

  1. Reed, W. H., 'Propeller-rotor whirl flutter: A state-of-the-art review', Journal of Sound and Vibration, Vol. 4, No. 3, 1966, pp. 526-544 

    상세보기 crossref

  2. Piatak, D. J., Kvaternik, R. G., Nixon, M. W., Langston, C. W., Singleton, J. D., Bennett, R. L., and Brown, R. K., 'A Parametric Investigation of Whirl-Flutter Stability on the WRATS Tiltrotor Model', AHS Journal, Vol.47, No.2, 2002, pp. 134-144 

  3. Acree, C. W., Peyran, R. J. and Johnson, W., 'Rotor Design Options for Improving Tiltrotor Whirl-Flutter Stability Margins', AHS Journal, Vol. 46, No. 2, 2001, pp. 87-95 

  4. Singh, R., Gandhi, F. and Hathaway, E., 'Wing-Flaperon and Swashplate Control for Whirl-Flutter Stability Augmentation of a Soft-Inplane Tiltrotor', Proceedings of the 31th European Rotorcraft Forum, Florence, Italy, Sept. 13-15, 2005 

  5. Acree, C. W., 'Impact of Technology on Heavy Lift Tiltrotors', Proceedings of the 62nd AHS Annual Forum, Phoenix, AZ, May 9-12, 2006 

  6. Johnson, W., CAMRAD II Comprehensive Analytical Model of Rotorcraft Aerodynamics and Dynamics, Johnson Aeronautics, 2005 

  7. 이주영, 김도형, 김유신, 이명규, 황창전, 김재무, '스마트무인기 로터 구조동역학 해석', 한국항공우주학회 2004년도 추계학술발표회 논문집, pp. 629-632 

  8. 김도형, 이명규, 황창전, '틸트로터 훨플러터 안정성 기초 연구', 한국항공우주학회 2005년도 춘계학술발표회 논문집, pp. 393-396 

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