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KUH 주로터 축소 블레이드 설계
Design of KUH Main Rotor Small-scaled Blade 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.8 no.1, 2009년, pp.32 - 41  

김도형 (로터팀) ,  김승호 (로터팀) ,  한정호 (국방과학연구소)

초록
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본 연구에서는 한국형기동헬기(KUH) 주로터 블레이드의 축소 설계를 수행하였다. 축소 모델은 공력하중, 익단 와류 및 소음원 측정 시험을 위해 설계되었다. 실제 로터와 동일한 공력 하중을 모사하기 위하여 마하스케일링 기법이 적용되었다. 마하스케일 모델은 블레이드의 익단 마하수가 동일하며, 정규화된 진동수 또한 동일하다. 즉, 마하스케일된 모델은 공력하중 및 구조동역학적 과점에서 상사된 모델이다. 공기역학적 축소과정은 외형 치수의 축소와 회전수의 증가를 통해 완료된다. 구조동역학적 측면에서는 블레이드 단면 설계를 통해 생성된 강성 및 관성 분포가 실제 로터의 회전고유진동수 분포를 나타내는지 확인하는 과정을 통해 완료된다. 본 연구에서는 국내에서 수급 가능한 복합재 프리프레그를 이용한 블레이드 단면 설계를 수행하고, 설계된 모델의 동역학적 특성을 고찰하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, scale-down design of full-scale Korean Utility Helicopter (KUH) main rotor blade has been investigated. The scaled model system were designed for the measurement of aerodynamic performance, tip vortex and noise source. For the purpose of considering the same aerodynamic loads, the Mac...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 KUH 로터의 성능, 익단 와류및 소음 측정 시험에 사용될 축소 블레이드 설계를 수행하였다. 블레이드에 발생되는 공력하중및 탄성 변형의 모두 고려될 수 있도록 동적 마하스케일링 방법을 적용하였으며, 축소 블레이드에 사용될 복합재료는 국내에서 수급 가능한 소재를 선정하였다.
  • 본 연구에서는 KUH 축소 블레이드에 대한 동적 마하스케일 모델 설계를 수행하였다. 블레이드에 사용될 복합재료는 국내에서 수급 가능한 소재를 선정하였으며, 단면 형상은 축소 블레이드의 제작 공정을 고려하여 full scale 블레이드와는 다른 형태로 설계하였다.
  • 본 연구에서는 허용 변형률과 극한하중에 의해 발생되는 최대 변형률간의 관계를 통해 안전율 마진을 판단하였다. 이를 위해서는 재료별 설계허용 변형률(design allowable strain) 데이터를 필요로 한다.
  • 선정된 축소 스케일링 계수를 적용하여 풍동시험용 축소블레이드 설계를 수행하였다. 블레이드는 동적 해석 모델의 수치적 스케일링 값을 기준으로 설계를 수행하고, 강성 및 질량 분포가동특성을 잘 모사하는 것을 목표로 한다. 허브의 경우에는 수치 해석 모델에서 강체로 모델링 되는 부분이 많은 관계로 다물체 동역학적 관점에서 힌지 위치 등 구조물의 연결 부위가 축소 비율에 부합하고, 각 요소들의 운동이 원활하게 구현되는 것을 목표로 한다.
  • 회전익기 로터시스템의 스케일링은 모델 시험에서 중요하게 측정하고자 하는 관점에 따라 다르게 접근할 수 있다. 우선 마하스케일링과 푸르 드스케일링, 두 가지 스케일링 방법에 대해 간단하게 살펴보도록 하자. 두 모델의 차이점은 기본 적으로 공력하중과 중력 하중의 관계에 맞춰져 있지만, 다음과 같이 간단하게 구분할 수 있다.
  • 블레이드는 동적 해석 모델의 수치적 스케일링 값을 기준으로 설계를 수행하고, 강성 및 질량 분포가동특성을 잘 모사하는 것을 목표로 한다. 허브의 경우에는 수치 해석 모델에서 강체로 모델링 되는 부분이 많은 관계로 다물체 동역학적 관점에서 힌지 위치 등 구조물의 연결 부위가 축소 비율에 부합하고, 각 요소들의 운동이 원활하게 구현되는 것을 목표로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마하스케일 모델이란? 실제 로터와 동일한 공력 하중을 모사하기 위하여 마하스케일링 기법이 적용되었다. 마하스케일 모델은 블레이드의 익단 마하수가 동일하며, 정규화된 진동수 또한 동일하다. 즉, 마하스케일된 모델은 공력하중 및 구조동역학적 과점에서 상사된 모델이다. 공기역학적 축소과정은 외형 치수의 축소와 회전수의 증가를 통해 완료된다.
모델 스케일링 방법은 어떻게 구분되는가? 회전익기 로터시스템의 축소 스케일링은 모델 시험에서 중요하게 측정하고자 하는 관점에 따라 다르게 접근할 수 있다. 모델 스케일링 방법은 크게 마하 스케일링(Mach scaling)과 푸르드 스케일링(Froude scaling)으로 구분된다. 마하스케일링은 구조동역학적 거동과 공기역학적 거동 모두 상사되도록 스케일링하는 것을 일컫지만, 블레이드의 탄성 특성은 무시하고 공기역학적 환경만 상사하여 팁 마하수를 일치시킨 강체 블레이드 모델에 대해서도 마하스케일 모델로 부르게 때문에 탄성거동까지 상사된 모델은 동적 마하스케일 모델(dynamically and Mach scaled model) 로 부르기도 한다.
마하스케일링의 특징은? - Full scale 하중 = 모델 하중 × S2 (푸르드스케일 하중 (× S3 ) 보다 정확함) - 푸르드 스케일에 비해 높은 레이놀즈수 (마하 스케일 = S1 vs. 푸르드 스케일 = S3/2) - 블레이드 하중에 미치는 마하수 영향이 동일 하게 모사 - 보다 정호가한 허브 하중 모사 - 동체 간섭 효과 및 허브 가진 현상이 보다 현실적임
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참고문헌 (2)

  1. Albrecht, Carl O., "Factors in the design and fabrication of powered dynamically similar V/STOL wind tunnel models," AHS Mid-East Region Symposium " Status of Testing and Modeling Techniques for V/STOL Aircraft", Essington, PA, October 26-28, 1972. 

  2. Wayne Johnson, CAMRAD II Comprehensive Analytical Model of Rotorcraft Aerodynamics and Dynamics, Johnson Aeronautics, 2007. 

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