[논문]활주로 주변에 설치된 fence로 인한 Ground Turbulence의 감소 대한 연구

신동진; 홍교영; 김영인

활주로 주변에 설치된 fence로 인한 Ground Turbulence의 감소 대한 연구
A study on the reduction in Ground Turbulence by the fence in the vicinity of airport runway 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.17 no.4, 2009년, pp.32 - 41

신동진 (한서대학교 항공기계학과) , 홍교영 (한서대학교 항공기술연구소) , 김영인 (한서대학교 항공기술교육원)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the work being carried out in order to reduce the ground turbulence by the fence in the vicinity of airport runway. In preliminary study, we knows that cross-wind effect in the vicinity of runway is highly dependent on the shape of the buildings and have predicted results confirmed reduction of wind-effect by doing that set up the building with a fence, terraced shape or gap. This study is to figure out effect of ground turbulence by the building with fence, which is changing fence height, in using two-dimensional computational fluid dynamics analysis.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 측풍에 의해 발생되는 ground turbulence에 대한 연구이다 따라서 시험 비행장 에 불어오는 풍향․풍속 데이터 분석이 반드시 필요하며 본 연구에 사용한 기상 데이터는 시험 비행장에 설치된 기상데이터 수집 장치에서 2007년, 1년 동안 기록된 기상 데이터를 사용하여 풍향과 풍속을 분석하였다.
본 연구는 활주로 주변 건물에서 발생되는 ground turbulence를 효과적으로 감소시키려는 연구로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.
본 연구는 활주로 주변에서 발생되는 여러 가지 유동현상 중에서 측풍이 활주로 주변 시설물로 불어올 때 측풍과 주변시설물로 인하여 활주로에 발생되는 ground turbulence를 효과적으로 감소시키려는 연구의 한 부분이다. 본 연구에 앞선 선행연구에서 건물의 형상과 높이에 따라 발생되는 ground turbulence의 특성이 크게 상이하였음을 알 수 있었고, 이러한 특성 중에서 fence나 계단형상 등을 활주로 주변 시설물에 설치할 경우 ground turbulence를 효과적으로 감소할 수 있을 것으로 예측 되었다.

제안 방법

2의 기상 데이터를 바탕으로 입구속도를 5m/s, 10m/s 그리고 15m/s의 3가지를 사용하였다. Fence의 높이는 0.25m 간격으로 0.25m ~ 1.5m까지 변화시켰으며, 기본모형을 포함하여 총 21가지 종류의 모델에 대하여 수치해석을 수행하였다.
3을 사용하여 2차원 수치해석을 수행하였다. 경계조건으로는 velocity inlet과 pressure outlet을 사용하였으며, velocity inlet의 조건으로 Table.2의 기상 데이터를 바탕으로 입구속도를 5m/s, 10m/s 그리고 15m/s의 3가지를 사용하였다. Fence의 높이는 0.
따라서 선행연구를 기초로 실제 활주로에 설치되어 있는 주변 시설물 중에서 ground turbulence에 가장 큰 영향을 미쳤던 시설물을 선택하고 시설물 전방 상단에 fence를 설치하여, fence의 높이 변화에 따른 활주로상의 ground turbulence 변화를 2차원 수치해석을 통하여 연구하였다.
05m/s의 측풍 범위를 가진다. 따라서 수치해석 시에 입구속도 조건을 5m/s와 10m/s 그리고 15m/s의 3가지 조건으로 수치해석을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 비행장 모델은 Fig. 1 및 Fig. 2와 같으며, 활주로의 길이는 1,200m급이고, 격납고 및 관제탑 그리고 교육시설이 건설되어 있다. 주 활주로의 위치는 활주로 중앙선이 건물로부터 145m 떨어져 있고 활주로 폭은 25m이며 방향은 15-33 방향이다.

데이터처리

수치해석은 상용프로그램인 Fluent 6.3을 사용하여 2차원 수치해석을 수행하였다. 경계조건으로는 velocity inlet과 pressure outlet을 사용하였으며, velocity inlet의 조건으로 Table.

이론/모형

사용된 난류모델은 k - ε모델을 사용하였으며, 난류모델의 수송방정식은 식(1) 및 식(2)와 같다.

성능/효과

Table. 3에서 알 수 있듯이 기본모형에 비하여 fence를 설치한 모형의 기울기와 절편이 크게 감소되어 있음을 알 수 있다. Fence를 기본모형에 설치할 경우 y방향 속도 기울기의 감소효과는 기본모형에 비하여 평균 약 113% 감소효과를 가져온다.
4에서 알 수 있듯이 측풍의 속도가 증가할수록 받음각 감소의 크기는 크게 증가하지만 fence를 설치한 경우 평균 80%이상 받음각 감소 현상을 줄일 수 있을 것으로 판단되며, 순간 측풍이 15m/s로 불 때 기본모형에 의해 발생되는 최대 받음각 감소각이 약 -12.5°가 되어 항공기를 순간 실속에 빠지게 할 수 있지만, 0.5m 높이를 가진 fence를 기본모형 상단 전방에 설치할 경우 -1.14° 정도 최대 받음각 감소현상만 나타나기 때문에 ground turbulence로 인한 불안한 이착륙 성능에 큰 도움이 될 것으로 생각된다.
27은 활주로 중앙선에서 정압의 크기를 나타낸 그림이다. Fence의 높이가 0.25m ~ 0.5m 사이값을 가질 때 정압의 크기가 가장 작으며, 측풍의 크기가 증가할수록 기본모형과 그 값의 크기가 급격하게 증가함을 알 수 있다.
또한 기본모형의 y방향의 속도 성분을 활주로 중앙선을 중심으로 고도변화에 따라 측정한 결과, 지상에서 약 35m 높이까지는 선형적으로 급격하게 증가하고 고도 35m 높이를 기점으로 감소하는 경향을 보이고 있다. 그러나 fence를 설치한 모형의 경우, 고도에 따른 y방향의 속도 기울기를 평균 113% 감소시키는 효과를 가져왔다.
따라서 비행장에 측풍이 발생하여 활주로 주변 시설물의 영향으로 활주로 상에 ground turbulence가 발생할 경우, 주변 시설물의 형상에 따라 그 영향이 다를 수 있지만 선행연구에서 가장 크게 영향을 미쳤던 기본모형에 fence를 설치하면 fence에 의해 1차 저압구역이 형성되고 이로 인하여 활주로 상에 발생되던 최소정압 구역의 위치를 활주로로부터 멀리 떨어지게 할 수 있었다. 또한 최소 정압의 크기도 10m/s 이상의 측풍에서는 fence에 의해 평균 4배 정도 감소시킬 수 있었으며 활주로 중앙에서 측정된 wake 영역의 위치도 활주로로부터 멀리 떨어지게 할 수 있었다. 특히 fence의 높이가 0.
본 연구는 활주로 주변에서 발생되는 여러 가지 유동현상 중에서 측풍이 활주로 주변 시설물로 불어올 때 측풍과 주변시설물로 인하여 활주로에 발생되는 ground turbulence를 효과적으로 감소시키려는 연구의 한 부분이다. 본 연구에 앞선 선행연구에서 건물의 형상과 높이에 따라 발생되는 ground turbulence의 특성이 크게 상이하였음을 알 수 있었고, 이러한 특성 중에서 fence나 계단형상 등을 활주로 주변 시설물에 설치할 경우 ground turbulence를 효과적으로 감소할 수 있을 것으로 예측 되었다.6)
측풍에 의해 발생되는 y방향 속도성분을 받음각 감소량으로 환산할 경우 기본모형에 비하여 fence를 설치한 모형이 받음각 감소량을 평균 80% 이상 줄일 수 있을 것으로 판단되다. 순간 측풍이 15m/s의 경우에는 기본모형에 의해 발생되는 최대 받음각 감소량이 약 12° 정도가 되어 항공기를 순간 실속에 빠지게 할 수 있지만, 0.

후속연구

현재까지 활주로 주변 건물에 의해 발생되는 ground turbulence를 직접적인 방법으로 감소시키려는 연구는 부족한 상황으로, 현재 풍동실험 모델과 3차원 수치해석을 이용하여 ground turbulence를 좀 더 효과적으로 감소시킬 수 있는 연구가 진행 중에 있으며 이에 대한 연구가 끝나면 실제 비행시험을 통하여 비교분석하는 연구가 계속 진행될 것이다.
활주로 주변 시설물에 측풍이 발생할 경우, 주변시설물에 의해 활주로 상에 ground turbulence가 발생할 수 있지만, 시설물 상단 전방에 fence를 설치하여 유동현상을 바꾸어 줌으로써 활주로 상에 ground turbulence를 크게 감소시킬 수 있으며 이는 중·소형 항공기 및 무인항공기가 활주로 중앙선을 따라 고도 35m 이내에서 비행하더라도 받음각 감소로 인하여 발생되는 불안한 비행안정성을 개선할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세스나 172의 이착륙은 측풍의 풍속이 어느 정도일때 가능하다고 보고되었는가?	일반적으로 항공기가 이착륙할 경우 측풍에 대한 판단은 항공기 제작사의 매뉴얼을 기초로 조종사의 주관적인 생각에 의해 이착륙이 이루어지는데, 세스나 172와 같은 항공기의 경우 비행매뉴얼 상으로 측풍의 풍속이 10m/s 이내인 경우 이착륙이 가능하다고 보고되어 있다.7) 그러나 이러한 측풍 풍속의 기준을 정하는 풍속계는 개활지에 설치하기 때문에 활주로 주변 구조물에 대한 영향을 측정할 수 없다.
	비행장 주변의 기상현상은 무엇이 있는가?	비행장 주변의 기상현상으로는 측풍, 돌풍, windshear 등 여러 가지 현상이 있으며, 이러한 기상현상에 의해서 이착륙하는 항공기가 큰 위험에 빠지기도 한다. 특히 경량 항공기와 중․소형 무인 항공기와 같이 크기가 작고 조종이 민감한 항공기일수록 이러한 유동현상에 큰 영향을 받아 이착륙에 많은 어려움이 따른다.
	이착륙의 가능성을 알아보기 위한 풍속계가 개홀지에 설치되어있기에 갖는 한계점은 무엇인가?	일반적으로 항공기가 이착륙할 경우 측풍에 대한 판단은 항공기 제작사의 매뉴얼을 기초로 조종사의 주관적인 생각에 의해 이착륙이 이루어지는데, 세스나 172와 같은 항공기의 경우 비행매뉴얼 상으로 측풍의 풍속이 10m/s 이내인 경우 이착륙이 가능하다고 보고되어 있다.7) 그러나 이러한 측풍 풍속의 기준을 정하는 풍속계는 개활지에 설치하기 때문에 활주로 주변 구조물에 대한 영향을 측정할 수 없다. 특히 무인항공기와 같은 소형 항공기의 경우 개활지에서 측정된 측풍 데이터를 기초로 이착륙을 시도하다 주변 건축물에 의해 발생되는 유동현상에 의해 항공기의 제어가 불가능해져 큰 위험에 빠진 사례도 있다.

참고문헌 (9)

D. Lenton, "The small screen [TV to Mobile Devices]," IEE Rev., vol. 49, no. 10, pp. 38-41, Oct. 2003.
Fred H. Proctor and David A. Hinton., "A Windshear Hazard Index", Preprints of 9th Conference on Aviation, Range and Aerospace Meteorology 11-15 September 2000. pp. 482-487
Fred H. Proctor, "Interaction of Aircraft Wakes from Laterally Space Aircraft", American Institute of Aeronautics and Astronautics 092407
Y.S. Ebrahimi, "Parallel Runway Requirement Analysis Study", NASA Contractor Report 191549, Volume 1, December 1993
P. Douglas Arbuckle, Michael S. Lewis, and David A. Hinton, "Airborne Systems Technology Application of the Windshear Threat", International Council of the Aeronautical Sciences Paper Number 95-5.7.1, Sep. 1996
홍교영,신동진,박수복,"활주로 주변건물을 지나는 측풍에 의한 이？착륙 항공기의 받음각 감소에 관한 연구", 한국항공운항학회지, 제17권 제2호
Cessna Aircraft Company, "Pilot's Operating Handbook and FAA Approved Airplane Flight Manual CESSNA MODEL 172S", 1998
Evektor Aircraft Company, "EV97 Operating Manual", 2006
노건수, "항공기 성능", 도서출판 공간아트, 2009. pp. 176-178

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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