[논문]편대비행에서 후방 항공기의 위치 안전성 분석

조환기

doi:10.12985/ksaa.2016.24.2.019

[국내논문] 편대비행에서 후방 항공기의 위치 안전성 분석
Positional Stability Analysis of Trailing Aircraft in Formation Flight 원문보기

한국항공운항학회지 = Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics, v.24 no.2, 2016년, pp.19 - 24

조환기 (청주대학교 항공운항학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Positional stability analysis based on aerodynamic forces and induced moments of formation flight using two small aircraft models is presented. The aerodynamic force and moments of the trailing aircraft are analyzed in the aspect of flight stability. The induced moments with the change of local flow direction by wing-tip vortex from the leading aircraft can affect the flight positional stability of aircraft in closed formation flight. Aerodynamic forces and moments of trailing aircraft model are measured by 6-component internal balance at the 49 locations with vertical and lateral space between two aircraft models. Results are shown that the positional stability of trailing aircraft in formation flight can be analyzed by positional stability derivatives with vertical and lateral space. It is concluded that flying positions can be important factors for aircraft position stability due to induced aerodynamic force and moments with vertical and lateral spacing by the variation of flow pattern from the leading aircraft in formation flight.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

편대비행 시에 공력 특성에 대한 연구는 최근 들어 많은 관심의 대상이 되고 있다[4-7]. 본 연구에서는 항공기나 무인기의 편대비행 시에 후방에서 따르는 항공기의 위치 안전성을 위치안정미계수를 기준으로 분석하고자 한다.

가설 설정

후방에는 내장 밸런스를 장착할 수 있는 또다른 항공기 모델을 설치해야 한다. 본 실험에서는 동일한 항공기가 편대비행을 하는 것으로 가정하였기 때문에 동일한 형상을 갖는 항공기 모델 2대가 요구된다.

제안 방법

본 연구는 풍동실험을 통하여 측정된 후방 항공기의 공력을 분석하여 항공기가 편대비행 시 전방 항공기의 후류가 후방 항공기에 영향을 미치는 위치 안전성에 관하여 분석하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.

대상 데이터

항공기 모델은 실제 항공기를 5% 스케일로 축소하여 제작하였는데, 모델의 재질은 중량을 가볍게 하기 위해서 FRP(fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 항공기 모델의 내부에는 밸런스를 장착할 수 있도록 금속재질의 장착용 프레임이 설치되었다.

데이터처리

풍동실험방법은 전방에 동일한 형상의 항공기 모델을 설치하고 후방에 공력 및 모멘트 측정용 항공기 모델을 설치하여 모델의 위치를 변화시키면서 공력을 측정해 나가는 것이다. 본 실험에서는 전방에 항공기 모델 1개를 고정하고 후방에 서 뒤따르는 항공기 모델은 PTS에 장착하여 위치 이동을 순차적으로 제어하면서 자료 측정을 진행하는 절차로 진행하였다.

이론/모형

본 연구에서는 앞선 연구자들이 제시한 위치한정미계수를 이용하여 편대비행하는 소형의 고속 항공기 형상의 위치 안정성을 비교할 수 있도록 하기 위해 3가지의 위치 안정미계수(stability derivatives)의 변화만을 분석하였다. 이들 안정미계수는 수직위치 변화에 따른 양력 및 피칭모멘트 계수의 변화와 수평거리 분리에 따른 롤링모멘트 계수의 변화가 분석되었으며, 안정성에 대한 판별기준 조건은 아래와 같다.

성능/효과

후방 항공기의 안정성은 위치 변화에 따른 안정미계수를 이용하여 판별할 수 있으며, 이전에 연구된 결과와 유사함을 확인하였다. 편대비행 항공기의 위치 안정성은 수직 위치에 대한 양력변화는 후방 항공기가 위쪽에 있을 경우에 안정하고, 피치에 대한 위치 안정성은 좌측 상부 및 우측 하부에 위치할 때 안정한 영역이 된다.
후방 항공기의 안정성은 위치 변화에 따른 안정미계수를 이용하여 판별할 수 있으며, 이전에 연구된 결과와 유사함을 확인하였다. 편대비행 항공기의 위치 안정성은 수직 위치에 대한 양력변화는 후방 항공기가 위쪽에 있을 경우에 안정하고, 피치에 대한 위치 안정성은 좌측 상부 및 우측 하부에 위치할 때 안정한 영역이 된다. 롤 안정성이 보장되는 영역은 기준위치로부터 우측 영역에 있을 때 안정한 영역임이 확인되었다.
편대비행 항공기의 위치 안정성은 수직 위치에 대한 양력변화는 후방 항공기가 위쪽에 있을 경우에 안정하고, 피치에 대한 위치 안정성은 좌측 상부 및 우측 하부에 위치할 때 안정한 영역이 된다. 롤 안정성이 보장되는 영역은 기준위치로부터 우측 영역에 있을 때 안정한 영역임이 확인되었다. 본 연구결과는 편대비행하는 항공기의 제어나 근접비행을 할 경우 전방 항공기의 영향을 피하는 위치를 결정하는데 활용될 수 있을 것이다.

후속연구

롤 안정성이 보장되는 영역은 기준위치로부터 우측 영역에 있을 때 안정한 영역임이 확인되었다. 본 연구결과는 편대비행하는 항공기의 제어나 근접비행을 할 경우 전방 항공기의 영향을 피하는 위치를 결정하는데 활용될 수 있을 것이다. 향후 본 논문에서 제시하지 않은 위치 안정미계수에 대한 연구를 통하여 모든 위치 안정미계수에 대한 분석결과를 제시하는 것이 필요하다.
본 연구결과는 편대비행하는 항공기의 제어나 근접비행을 할 경우 전방 항공기의 영향을 피하는 위치를 결정하는데 활용될 수 있을 것이다. 향후 본 논문에서 제시하지 않은 위치 안정미계수에 대한 연구를 통하여 모든 위치 안정미계수에 대한 분석결과를 제시하는 것이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	편대비행 상태에서 항공기에 작용하는 힘과 모멘트를 측정하기 위해서 필요한 실험 모델은 어떤 구조인가?	편대비행 상태에서 항공기에 작용하는 힘과 모멘트를 측정하기 위해서는 앞선 항공기 모델과 뒤따르는 후방 항공기 모델에 대한 모사가 가능한 풍동실험 모델이 필요하다. 즉 전방에서 비행하는 항공기의 뒤를 따라가는 항공기 모델에서 발생되는 힘 및 모멘트를 측정하기 위해서 어떤 형상의 항공기 모델을 전방에 설치해야 한다. 후방에는 내장 밸런스를 장착할 수 있는 또다른 항공기 모델을 설치해야 한다. 본 실험에서는 동일한 항공기가 편대비행을 하는 것으로 가정하였기 때문에 동일한 형상을 갖는 항공기 모델 2대가 요구된다.
	편대비행에서 근접 비행을 하며 생기는 문제점은 무엇인가?	특히 집단을 이루어 비행하는 경우나 곡예비행 하는 항공기는 항공기 상호 간에 통신과 곡예비행을 위하여 근접비행이 필수적이기 때문이다. 근접 비행을 하면 앞서 가는 항공기를 뒤따르게 되는 항공기는 앞선 항공기의 교란된 흐름압력장 내에 놓이게 될 것이다. 앞선 항공기의 후류에 노출되게 되고 이러한 후류는 뒤따르는 항공기에 영향을 미쳐 공력 특성에 변화를 일으키게 된다[1]. 공중 급유 중에 탱커와 수유기 및 삼각날개 편대비행 항공기의 후류에 의한 위치 안정성에 대한 문제에 대한 연구는 몇가지 문헌에서 보고되고 있다[2-3].
	군에서 편대비행을 하는 이유는 무엇인가?	초기 항공시대에 군용 항공기들은 편대를 지어 비행하는 것이 일반적이었다. 군에서 항공기들이 편대비행을 하는 이유는 선두를 비행하는 리더기와의 원활한 통신과 지휘가 주된 목적이었다. 최근에는 민간 항공기의 편대비행으로 연료절감의 효과에 대한 시험비행 연구가 이루어지기도 하였다.

참고문헌 (7)

Myatt, J. H. and Blake, W. B., "Aerodynamic Database Issues for Modeling Close Formation Flight", AIAA 99-4194, 1999, pp. 317-327.
Blake, W.B., Gingras, D.R., Comparison of Predicted and Measured Formation Fight Interference Effects, Journal of Aircraft, Vol. 41, No. 2, March-April 2004, pp.201-207.

상세보기
Bloy, A.W., West, M.G., Lea, K.A., Jouma'a, M., Lateral Aerodynamic Interference Between Tanker and Receiver in Air-to-Air Refueling, Journal of Aircraft, Vol. 30, No. 5, Sept-Oct. 1993, pp. 705-710

상세보기
Cho, H.K., Han, C.H., Effect of sideslip angle on the aerodynamic characteristics of fighter type aircraft, Journal of Mechanical Science and Technology, Sept. 2015, pp. 3691-3698.
Cho, H.K., Han, C.H., Lee, S.T., Experimental study on the aerodynamic characteristics of a fighter, Journal of Mechanical Science and Technology, 2014, pp. 3059-3065.
Cho, H.K., Lee, S.H., Lee, S.T., Aerodynamic Interference Effect of Aircraft Wing Tip Vortex in Formation Flight, J. of KASS, Vol. 41, No. 11, 2013, pp. 849-854.
Hansen, J .L and Cobleigh, B. R., "Induced Moment Effects of Formation Flight Using Two F/A-18 Aircraft", Flight Mechanics Conference and Exhibit, AIAA 2002-4489, 2002.

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증