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아음속 초음속 패널법을 이용한 항공기 안정성 미계수 예측
Estimation of Aircraft Stability Derivatives Using a Subsonic-supersonic Panel Method 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.40 no.5, 2012년, pp.385 - 394  

공효준 (인하대학교 항공우주공학과) ,  이형로 (인하대학교 항공우주공학과) ,  김범수 (인하대학교 항공.조선.산업공학부) ,  이승수 (인하대학교 항공.조선.산업공학부)

초록
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아음속-초음속 패널법(panel method)을 이용하여 항공기의 정적 안정성 미계수와 동적 안정성 미계수 및 조종미계수를 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 사용된 코드는 아음속-초음속 소스(source)와 말굽 와류(elementary horse shoe vortex)의 분포를 사용하고, 그 분포의 크기는 얇은 물체 근사(thin body approximation)을 적용하여 간략히 한 경계 조건을 이용하여 계산하였다. 항공기에 부착된 물체 좌표계에서 준정상(quasi-steady) 해석을 통해서 항공기 3축의 댐핑 계수를 예측하였다. 개발된 코드는 삼각날개(delta-wing)의 중립점(neutral point), 롤, 피치 댐핑 계수의 이론치와 비교하여 검증하였다. 마지막으로 F-18의 정적, 동적 안정성 미계수와 조종 미계수를 풍동 시험치와 계산치에 비교하여 개발한 코드의 정확성과 유용성을 확인하였다.

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A computer program that can estimate static, dynamic stability and control derivatives using a subsonic-supersonic panel method is developed. The panel method uses subsonic-supersonic source and elementary horse shoe vortex distributions, and their strengths are determined by solving the boundary co...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 아음속-초음속 소스와 말굽와류를 분포시켜 계산하는 패널법을 개발하였다. 개발된 코드를 삼각날개의 중립점의 이론치와 동적 안정성 미계수의 이론치를 이용하여 검증하였다.
  • 본 연구에서는 아음속-초음속 소스와 말굽와류를 이용한 준정상 패널법을 개발하고, 이를 사용하여 항공기의 조종/안정성 미계수를 예측하였다. 개발된 프로그램은 삼각날개의 중립점(Neutral point)과 피치 댐핑(Pitch damping) 및 롤 댐핑(Roll damping)의 이론치[1,2]와 비교함으로써 그 정확도를 검증하였다.

가설 설정

  • 경계 조건을 이용해 얻은 식에 얇은 물체 근사를 적용하여 문제를 간략화 한다. 방향에 따라 x-y평면과 x-z평면에 투영된 2차원 형상에 두께와 캠버가 존재하는 형상으로 가정한다. 따라서 물체를 다음 식과 같이 두께와 캠버의 함수로 나눈다.
  • 익형의 두께비와 캠버가 동체의 길이에 작다고 가정하자. 또한 α와 β를 작다고 가정하면, 물체에서 발생하는 교란 속도가 항공기의 이동 속도보다 충분히 작다.
  • 수직 미익의 경우 x -z 평면에 그려져 하나로 보이지만 2 개가 모두 적용되었다. 패널은 주익에 해당하는 곳에 두께와 캠버를 모두 적용하고, 나머지 부분은 평판으로 가정하여 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조종/안정성 미계수가 항공기 개발에 있어서 중요한 이유는 무엇인가? 항공기 개발에 있어서 조종/안정성 미계수는 항공기에 작용하는 힘과 모멘트를 정량화한 값이므로 매우 중요하다. 이러한 미계수는 조종면의 설계, 비행 안정성 확보를 위한 형상설계 및 비행조종 computer의 설계에 사용되며, 시뮬레이터의 설계에도 사용되는 매우 중요한 공학적 자료이다.
조종/안정성 미계수를 예측하는 방법에서 패널법의 장점은 무엇인가? 그러나 이 방법은 격자 생성과 계산에 필요한 막대한 시간과 노력으로 인하여 항공기의 개발초기에는 그 적용이 타당치 않다. 패널법은 계산에 필요한 패널의 생성이 전산유체역학에서 요구되는 격자의 생성보다 용이하고 계산 시간이 상대적으로 작으며 Datcom에 비해 이론적인 기초가 확고하기 때문에 항공기 개발초기에는 사용이 적절한 조종/안정성 미계수 예측방법이다.
조종/안정성 미계수를 예측하는 방법에는 무엇이 있는가? 조종/안정성 미계수를 예측하는 방법은 풍동시험, 전산유체역학을 이용한 방법, 준경험 방법을 이용한 방법, 패널법을 이용한 방법이 있다. 준경험 방법은 Datcom이 대표적이며 준경험식 생성에 사용된 공력 데이터베이스의 한계로 인하여 그 정확도가 떨어진다.
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참고문헌 (5)

  1. H. Schlichting and E. Truckenbrodt, "Aerodynamics of the Airplane", McGraw-Hill, New York, 1979, pp. 302-303. 

  2. C.E. Brown and M.C. Adams, "Damping in Pitch and Roll of Triangular Wings at Supersonic Speeds", NACA Rep. No. 892, 1947. 

  3. J. Kay, W.H. Mason, W. Durham, F. Lutze and A. Benoliel, "Control Authority Issues in Aircraft Conceptual Design: Critical Conditions, Estimation Methodology, Spreadsheet Assessment, Trim and Bibliography", VPI-Aero-200, Dept of Aerospace and Ocean Engineering, Virginia Polytechnic Institute and State University, 1993, pp. 52-64. 

  4. H. Ashley and M. Landahl, "Aerodynamics of Wings and Bodies", Dover Publications, Inc., New York, 1965. 

  5. J. Katz, and A. Plotkin, "Low-Speed Aerodynamics", Cambridge University Press, Cambridge, 2011. 

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