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[국내논문] 축소로터를 이용한 Tip Jet 로터의 성능 및 동특성 연구
Study on Dynamic Characteristics and Performance of Tip Jet Rotor Using Small-scaled Rotor 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.2, 2018년, pp.30 - 36  

권재룡 (국방과학연구소 제7기술연구본부) ,  백상민 (국방과학연구소 제7기술연구본부) ,  이욱 (아이씨에스) ,  이재하 (충남대학교 항공우주공학과)

초록
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본 연구에서는 무인복합형 회전익기 연구의 일환으로 축소형 Tip Jet 로터 시험장치를 개발하였으며, 이를 이용하여 Tip Jet 로터에 대한 성능 및 동특성 연구를 수행하였다. 축소로터는 시험장 여건 및 공압조건 등을 고려하여 2m급이 되도록 하였으며, 압축공기를 이용하여 구동된다. 축소로터의 회전속도는 압축공기의 압력을 이용하여 조절되며, 별도의 하중측정부를 두어 회전 시 발생하는 추력과 각 방향의 하중 데이터를 획득하게 된다. 동특성 시험을 위해 별도의 유압 가진기가 장착되어 있으며, 로터 가진 시 발생하는 블레이드의 flap, lag 및 torsion 방향에 대한 동적 응답을 확인하기 위해, 각 블레이드의 익근부에는 full-bridge strain gage를 부착하였다. 성능 및 동특성 시험은 로터 회전수 및 블레이드 피치각을 변경해가며 실시되었다. 아울러 시험 결과의 유효성을 확인하기 위해 CAMRAD II 해석 결과와 비교하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a small-scaled test system for a tip jet rotor was developed to contribute to the research on unmanned compound rotorcraft. The performance and dynamic characteristics of the tip jet rotor were investigated using the test system. The diameter of the tip jet rotor was set to 2m in cons...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 반면 tip jet 로터의 경우, tip jet에서의 추력 조절을 통해 자유롭게 로터 회전속도를 조절할 수 있으며, 자이로플랜과 같이 자동회전 시키거나, 경우에 따라서는 로터를 아예 정지시켜 고정익 형태로도 운용할 수 있는 잠재력을 갖고 있다[6-10]. 따라서본 연구에서는 복합형 회전익기에 대한 선행연구의 일환으로, 축소형 Tip Jet 로터 시스템을 개발하고, 이를 이용하여 tip jet 로터의 성능 및 동적 특성에 대한 시험적 연구를 수행하였다.
  • 본 연구에서는 복합형 회전익기에 대한 선행연구의 일환으로, Tip Jet 축소로터에 대한 성능 및 동특성시험을 수행하였다. Tip Jet 로터의 경우 일반적인 로터와 달리 제트 분사를 위해 허브 및 블레이드 내부에 유로를 형성해 줘야 한다.
  • 이로 인해 일반적인 로터구조와 상당한 차이를 갖게 되며, 시험장치를 설계 및 제작하는데 있어서 많은 어려움이 있었다. 따라서 본 연구에서는 Tip Jet 로터의 구현 가능성과 기본적인성능을 확인하는데 초점을 맞춰 진행하였다.

가설 설정

  • 아울러 bearing 마찰, 노즐추력 측정, 누설방지, 로터 회전수 안정화 등에서 개선이 요구되었다. 특히, 회전상태에서는 tip force를 직접적으로 측정할 수 없음에 따라, 공압 공급부의 질유량이 노즐까지 유지된다는 가정을 적용했어야 하며, 노즐에서의 젯트 속도는 유로의 압력 및 온도로부터 계산된 공기 밀도와 노즐 출구 단면적을 이용하여 계산하였다. 이는 정확한 tip force 계산을 위해서는 시험장치에서 압축공기의 누설이 철저히 방지되어야 하며, 온도와 압력 또한 노즐에 최대한 가까운 위치에서 측정되어야함을 의미한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Tip Jet 로터 방식은? 본 연구에서는 복합형 회전익기에 적용될 수 있는 다양한 로터 시스템[1] 중 Tip Jet 로터 형상에 대한축소로터 시험장치를 이용하여 성능 및 동특성 시험을 수행하였다. Tip Jet 로터는 엔진에서 압축된 공기 또는 배기가스를 날개 끝의 노즐로 분사시켜, 이에 대한 반력을 이용하여 로터 블레이드를 회전시키는 방식이다. 때로는 날개 끝에 별도의 버너를 장착하여, 날개끝에서 연료를 직접 연소시켜 로터 회전에 필요한 추진력을 얻기도 한다[2-4].
피치각이 12도 이상에서는 시험결과와 해석결과가 차이를 보이는 이유는? 그림에서 보여지는 바와 같이 피치각 4도 및 8도 조건에서 CAMRAD II를 통해 예측된 결과와 시험 결과가 잘 일치함을 볼 수 있다. 다만 피치각이 12도 이상에서는 시험결과와 해석결과가 다소 차이를 보이게 되는데, 이는 CAMRADII 해석을 위해 Xfoil 프로그램을 이용하여 계산한C81 Table이 NACA0018과 같이 두꺼운 에어포일의 공력특성을 반영하는데 한계가 있기 때문인 것으로 판단된다. 동일한 시험에 대해 Fig.
Flap 방향에 대한 고유진동수의 추정 비율을 구하는 과정을 설명하시오 1의 Flap 운동방정식에 따라 Flap 방향에 대한 고유진동수의 추정이 가능하다. 본 장치의 Flap 힌지의 반경방향 위치(e)와 로터반경(R) 사이의 비는 e / R = 0.0674 임에 따라, 이를 이용하여 계산하면 이론적으로 Flap 방향 진동수와 회전주파수의 비는 1.049가 된다. Fig.
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참고문헌 (12)

  1. S. M. Baek, J. R. Kwon, and W. Rhee, "Dynamic characteristics of ducted fan: a study," Journal of Aerospace System Engineering, vol. 11, no. 6, pp. 84-91, 2017. 

  2. Wikipeidia, Avaiable from https://en.wikipedia.org /wiki/Fairy_Rotodyne 

  3. D. Gibbings, ,Fairey Rotodyne, The History Press, 2011. 

  4. M. J. Hirschberg, "An Overview of the History of Vertical and/or Short Take-Off and Landing (V/STOL) Aircraft", CENTRA Technology, Inc., www.vstol.org, 2006. 

  5. J. D. Phillips, "An efficient tip jet drive," AIAA Aircraft Design Systems and Operations Meeting, Baltimore, Sep. 23-25 1991, AIAA-91-3124. 

  6. M. W. Floros, W. Johnson, "Performance analysis of the slowed-rotor compound helicopter configuration", Journal of the American Helicopter Society, vol. 54, no. 2, 2009. 

  7. B. J. Shin and H.Y. Kim, "An exploratory study on the speed limit of compound gyroplane(1) : aerodynamic analysis of rotor and airframe", Journal of the Korean Society of Aeronautical and Space Sciences, vol. 43, no. 11, pp. 971-977, 2015. 

  8. B. J. Shin and H. Y. Kim, "An exploratory study on the speed limit of compound gyroplane(2) : speed and wing sizing", Journal of the Korean Society of Aeronautical and Space Sciences, vol. 43, no. 11, pp. 978-983, 2015. 

  9. F. Harris, An Overview of Autogyros and The McDonnell XV-1 Convertiplnae, 2003. 

  10. K. Park, N. S. Goo, H. C. Park, K. J. Yoon, and Y. H. Byun, "Design and test of a reduced scale tip-jet rotor using a small turbo-jet engine," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 32, no. 4, pp. 31-37, 2004. 

  11. I. Choi, J. S. Jang, Y. O. Hyun, M. J. Kim, and J. B. Lim, "Preliminary sizing of a tip jet driven compound rotorcraft", KSAS Fall Conference, 2015 

  12. S. M. Baek, J. R. Kwon, and W. Rhee, "A study on dynamic characteristics of tipjet rotor," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, vol. 46, no. 1, pp. 52-58, 2018. 

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