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회전발사체 미익형상 롤댐핑 특성에 관한 실험연구
An Experimental Study on Roll-Damping Characteristics of a Finned Spinning Projectile 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.40 no.10, 2012년, pp.894 - 900  

오세윤 (국방과학연구소 1-2) ,  이도관 (국방과학연구소 1-2) ,  김성철 (국방과학연구소 1-2) ,  김상호 (국방과학연구소 1-2) ,  안승기 (국방과학연구소 1-2)

초록
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본 연구의 목적은 풍동시험을 통해 회전발사체에서 발생하는 동적 롤댐핑 특성을 실험적으로 연구하는데 있었으며, 이를 위해 약 8,000 rpm으로 회전하는 회전발사체 실험모형에 작용하는 롤댐핑 특성의 측정을 위한 고속풍동시험을 국방과학연구소 삼중음속풍동에서 수행하였다. 실험시의 마하수는 0.6~0.9까지의 천음속 영역이었으며 이때의 받음각 구간은 최대 0~15 deg에 해당하였다. 측정된 공기역학적 댐핑 특성으로부터 회전체의 마찰 특성을 공제하기위한 베어링 마찰특성에 대한 평가도 함께 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this research is to investigate the dynamic roll-damping characteristics of a spin-stabilized projectile in wind-tunnel testing. In the present work, the high-speed wind-tunnel tests for the roll-damping measurements were conducted on a finned spin-stabilized projectile model in the A...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 기존의 연구대상이 미익(tail fin)이 없이 동체만으로 구성된 기본 형상 회전체에 국한되었으므로 이에 미익이 장착된 회전발사체 형상[10-11]에 대한 연구를 추가로 수행하게 되었다. 본 논문에서는 천음속으로 비행하며 초고속으로 회전하는 미익형상 회전발사체 실험모형에 작용하는 롤댐핑 특성의 측정을 위해 수행하였던 고속 풍동시험방법과 측정결과에 대해 기술하고 있다. 측정된 실험결과의 비교를 위해 동체 기본형상에 대한 실험도 함께 수행하였으며 실험적합성의 확인을 위해 시뮬레이션 예측결과(simulation prediction)와의 비교를 수행하고, 측정된 공기역학적 댐핑 측정결과로부터 회전체 실험모형이 가지고 있는 회전마찰특성을 제거시키기 위해 실험모형의 베어링 마찰특성에 대한 평가도 함께 수행하였다.
  • 본 연구에 앞서서는 동체 기본형상(body alone)에 관한 롤댐핑측정 실험연구를 이미 수행한바 있다[7-9]. 본 연구에서는 기존의 연구대상이 미익(tail fin)이 없이 동체만으로 구성된 기본 형상 회전체에 국한되었으므로 이에 미익이 장착된 회전발사체 형상[10-11]에 대한 연구를 추가로 수행하게 되었다. 본 논문에서는 천음속으로 비행하며 초고속으로 회전하는 미익형상 회전발사체 실험모형에 작용하는 롤댐핑 특성의 측정을 위해 수행하였던 고속 풍동시험방법과 측정결과에 대해 기술하고 있다.
  • 회전발사체 미익형상의 중요 동적 공력특성의 하나인 롤댐핑 특성의 측정과 베어링 마찰특성의 평가를 위한 실험연구가 수행되었다. 베어링 마찰특성을 반영한 동체 기본형상과 미익형상에 대한 롤댐핑 특성의 비교연구를 통해 회전감소 및 정상상태 회전방식 시험기법의 유효성을 확인할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비행체 개발 과정에서 축소모형을 사용 하는 풍동시험이나 탄도학실험 등의 지상모사실험이 꼭 필요한 이유는 무엇인가? 실물비행체의 롤댐핑 모멘트와 같은 비행안정성을 얻기 위해서는 많은 경비가 소요되는 비행 실험을 수행해야하므로 설계초기 단계에서는 주로 이론이나 경험적인 방법에 의존하여 이러한 비행특성을 예측하고 설계과정의 진행에 따라 풍 동시험(wind-tunnel testing)과 탄도학실험(aero-ballistic range testing)을 수행하는 것이 일반적이다. 또한 축소모형이나 실제크기 형상에 대한 실험은 설계개념의 확정과 설계개발 마지막 단계인 설계점 성능의 확인과 관련 예측기법의 검증을 위해서도 요구된다. 따라서 축소모형을 사용 하는 풍동시험이나 탄도학실험 등의 지상모사실험은 이론기반 평가기법의 검증과 공력계수 데이터의 정확도 향상을 위해 꼭 필요한 비행체 개발 과정이라고 할 수 있다.
롤댐핑 특성 측정기법은 어떻게 구분되는가? 롤댐핑 특성 측정기법을 구분하게 되면 크게 자유회전(free-spin) 방식과 구속회전(constrained -spin) 방식으로 나눌 수 있다. 본 연구에서 다루고 있는 자유회전 실험방식의 범주에서는 모형의 중심축에 대한 운동방정식에서 롤각(roll angle, Φ)방향의 가속이 존재하는 ˙p≠ 0인 경우와 ˙p = 0인 정상상태 경우인가에 따라 여러 가지의 롤댐핑 측정방식이 있을 수 있다.
고속으로 회전하는 발사체의 경우 롤댐핑 모멘트를 뭐라고 부르는가? 회전비행체의 비행특성해석에 필요한 공력계수중 하나인 롤댐핑 모멘트(roll-damping moment)는 비행체 중심축의 회전에 저항하는 모멘트 특성을 나타내는 동안정미계수로서 비행안정성(flight stability) 평가를 위한 중요 공력특성요소중 하나에 해당한다. 고속으로 회전하는 발사체의 경우 롤댐핑 모멘트는 스핀댐핑 모멘트(spin-damping moment)라고도 불린다[1].
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참고문헌 (12)

  1. Schueler, C. J., Ward, L. K. and Hodapp, A. E. Jr., "Techniques for Measurement of Dynamic Stability Derivatives in Ground Test Facilies", AGARDograph 121, Oct. 1967, Chap 1-Chap 3.. 

  2. Marquart, E. J., "Re-Engineering of the Spin-Damping and Magnus Measurement Technique at AEDC", AIAA-1998-0611, Jan. 1998. 

  3. Wincey, R. T., "Techniques for Determining Missile Parameters from a Wind Tunnel", Defense Intelligence Agency , MSC2-TM-95-001, Oct., 1995. 

  4. Marquart, E. J., "Free-Spin Damping Measurement Techniques", AIAA Paper 1993 -3457, 1993. 

  5. Prieur, J. and Sangnier, Ph., "New Testing Capabilities for the Supersonic Wind Tunnel S3MA of the ONERA MODANE Test Center", STA Meeting, April, 2001. 

  6. Malcom, G. N., "Rotary and Magnus Balances", AGARD, LS-114, 1981, Chap. 6. 

  7. Se-Yoon Oh, Sung-Cheol Kim, Do-Kwan Lee, Sangho Kim and Seung-Ki Ahn, "Magnus and Spin-Damping Measurements of a Spinning Projectile Using Design of Experiments", AIAA, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 47, No. 6, Nov.-Dec. 2010, pp. 974-980. 

  8. 오세윤, 이도관, 김성철, 김상호, 안승기, "국과연 회전발사체용 롤댐핑 측정기술 개발", 국방과학연구소 제 19회 지상무기 학술대회, 2011. 7. 

  9. 오세윤, 이도관, 김성철, 김상호, 안승기, "회전발사체 롤댐핑 특성에 관한 고속 유동장 실험연구", 한국항공우주학회지, 제39권 제10호, 912-918, 2011. 10. 

  10. Jenke, L. M., "Experimental Roll-Damping, Magnus and Static-Stability Characteristics of Two Slender Missile Configurations at High Angles of Attack(0 to 90 deg) and Maㅠch Number 0.2 through 2.5", AEDC-TR-76-58, June 1976. 

  11. 오세윤, 이도관, 김성철, 김상호, 안승기, "회전발사체 미익형상 롤댐핑 특성에 관한 실험 연구", 군사과학기술학회 2012년 종합학술대회, 경주, 2012. 6. 

  12. AIAA, "Assessment of Experimental Uncertainty with Application to Wind Tunnel Testing", AIAA Standard, AIAA S-017A-1999, 1999. 

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