선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서는 최적의 쿼드로터 블레이드의 설계를 위해 회전하는 NACA0012 에어포일 형상을 갖는 블레이드를 제작하여 공력측정을 수행하였다.
제안 방법
- Fig. 4와 같이 일체형 블레이드에 대하여 피치각 (0°~60°; 5° 간격)과 회전수(400, 550, 700rpm)를 변화시켜가면서 측정하였다.
- 하나는 피치각에 따른 공력측정을 수행하기 위해 일체형 블레이드를 제작하였다. 다른 하나는 블레이드의 비틀림각(Twist angle)에 따른 공력 측정을 위한 분할된 블레이드이를 제작하였다. 모든 비틀림각에 대한 블레이드를 제작하여 공력을 측정하는 방법은 블레이드 설계시 최상의 방법이 될 것이다.
- 데이터에 대한 정확성을 높이기 위하여 샘플링 주파수(Sampling Rate)를 1-20 KHz까지 다양하게 변화시켜가면서 실험측정을 수행하였으며, 모든 구간에 대하여 오차율 1% 미만으로 나타나 본 연구에서는 10KHz의 샘플링 주파수를 사용하였 다. 또한 동일한 실험을 3회 실시하여 그 평균값으로 결과를 분석하였다.
- 보통 제작의 용이성을 위해 전체 깃에 걸쳐 8°의 선형적인 비틀림을 주는 경우가 많다. 따라서 선형적인 경우(CASE 2)와 이상 비틀림각의 반대되는 경우(CASE 3)로 비틀림각을 설정하여 회전수를 변경하며 실험하였다. 비틀림각에 따른 추력계수와 동력계수를 Fig.
- 이를 위해 일체형 블레이드를 이용하여 피치각과 속도의 변화에 따라 공력을 측정하였다. 또한 블레이드의 이상적인 비틀림각을 찾기 위해 분할된 블레이드를 이용하여 몇 가지 비틀림각 조합을 통한 공력측정 실험을 하였다. 분할형 블레이드의 선형적인 비틀림각을 가지는 경우 일체형 블레이드 보다 높은 추력계수를 나타내었다.
- 블레이드를 회전시키는 모터(24DC/20W/1.2A, 3000RPM), 모터에 전원을 공급해 주는 전원공급기(DC/30V/5A), 블레이드의 회전수를 측정하는 회전계(오차 범위 0.1%), 블레이드의 공력을 측정하는 로드셀 타입의 6분력 공력천칭(측정범위 ±5kg), 로드셀 신호를 증폭시켜주는 증폭기(CTA-1000), 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸어주는 A/D Converter, 데이터 처리를 위한 컴퓨터로 구성되었다.
- 4와 같이 일체형 블레이드에 대하여 피치각 (0°~60°; 5° 간격)과 회전수(400, 550, 700rpm)를 변화시켜가면서 측정하였다. 이러한 블레이드의 비틀림각의 공력특성을 파악하기 위하여 Fig. 5와 같이 분할된 로터블레이드를 이용하여 비틀림각 변화에 따른 공력을 측정하였다.
- 하지만 비트림각에 따른 다양한 조합의 공력특성을 분석해야 되므로 다량의 블레이드 제작이 요구되고, 상당한 비용과 시간이 소요된다. 이로 인해 일체형 블레이드를 10 mm 간격으로 절단하였고 RP(Rapid Prototype)방식으로 제작하였다.
- 쿼드로터 블레이드의 형상 설계에서 효율성 및 안정성을 결정할 때는 피치각 및 속도에 따른 추력계수와 동력계수가 필수적으로 고려되어야 한다. 이를 위해 일체형 블레이드를 이용하여 피치각과 속도의 변화에 따라 공력을 측정하였다. 또한 블레이드의 이상적인 비틀림각을 찾기 위해 분할된 블레이드를 이용하여 몇 가지 비틀림각 조합을 통한 공력측정 실험을 하였다.
- 이상적인 비틀림각을 위해서는 비틀림각에 따른 다량의 로터블레이드를 제작해야하며, 이때 많은 제작비용과 시간이 소요된다. 이에 본 연구에서는 NACA0012 에어포일을 이용하여 일체형 블레이드와 분할된 블레이드를 제작하였다. 쿼드로터 블레이드의 형상 설계에서 효율성 및 안정성을 결정할 때는 피치각 및 속도에 따른 추력계수와 동력계수가 필수적으로 고려되어야 한다.
- 전체적인 실험에 앞서 제작한 블레이드의 신뢰성을 얻고자 풍동실험을 하였다. 실험은 2×104의 저 레이놀즈수에서 받음각의 변화에 따라 Fig.
- 11에 도시한다. 최적의 비틀림각을 찾기 위해 분할된 블레이드를 이용하여 실험하였다. 회전자 추력을 내기위하여 필요한 유도 동력을 최소로 하는 방법으로 비틀림각이 1/r에 비례하도록 하는 이상비틀림각을 제시했다(CASE 1)[9].
- 쿼드로터에 블레이드의 공력을 측정하기 위해 실험과 계산을 병행했다. 해석에 사용한 범용 CFD Software는 CFX Solver를 사용하여 계산했다.
- 피치각(0°∼60°; 15° 간격)의 바꾸어 가면서 실험과 동일 조건으로 압력분포와 공력을 계산하였다.
- 2와 같이 크게 두 종류로 제작하였다. 하나는 피치각에 따른 공력측정을 수행하기 위해 일체형 블레이드를 제작하였다. 다른 하나는 블레이드의 비틀림각(Twist angle)에 따른 공력 측정을 위한 분할된 블레이드이를 제작하였다.
- 최적의 비틀림각을 찾기 위해 분할된 블레이드를 이용하여 실험하였다. 회전자 추력을 내기위하여 필요한 유도 동력을 최소로 하는 방법으로 비틀림각이 1/r에 비례하도록 하는 이상비틀림각을 제시했다(CASE 1)[9]. 보통 제작의 용이성을 위해 전체 깃에 걸쳐 8°의 선형적인 비틀림을 주는 경우가 많다.
- 회전하는 로터블레이드의 공력을 측정하기 위해 실험과 계산을 병행하였다. Fig.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 블레이드는 NACA0012 에어포일 형상이며, 디자인포일(DesignFOIL)의 포인트 데이터를 카티아(CATIA V5)에서 설계하였다. 종횡비(Aspect Ratio)가 6이고 익현(Chord)의 길이는 35.
데이터처리
- 데이터에 대한 정확성을 높이기 위하여 샘플링 주파수(Sampling Rate)를 1-20 KHz까지 다양하게 변화시켜가면서 실험측정을 수행하였으며, 모든 구간에 대하여 오차율 1% 미만으로 나타나 본 연구에서는 10KHz의 샘플링 주파수를 사용하였 다. 또한 동일한 실험을 3회 실시하여 그 평균값으로 결과를 분석하였다.
- 최적설계를 위해서 제작한 블레이드를 이용하여 풍동실험결과를 나타냈다. 로터블 레이드의 공력을 측정하기 위해 실험과 계산을 병행했다. 계산 값의 추력계수가 실험값과의 오차가 나타나지만 동일한 경향을 보였다.
- 쿼드로터의 경우 헬리콥터와 달리 고정익을 사용하기 때문에 로터블레이드에 대한 최적설계가 필요하다. 최적설계를 위해서 제작한 블레이드를 이용하여 풍동실험결과를 나타냈다. 로터블 레이드의 공력을 측정하기 위해 실험과 계산을 병행했다.
- 쿼드로터에 블레이드의 공력을 측정하기 위해 실험과 계산을 병행했다. 해석에 사용한 범용 CFD Software는 CFX Solver를 사용하여 계산했다. 피치각(0°∼60°; 15° 간격)의 바꾸어 가면서 실험과 동일 조건으로 압력분포와 공력을 계산하였다.
성능/효과
- 10° 근처에서 피치각에 따른 동력계수의 기울기가 크게 증가하다 이후에서는 선형적으로 나타난다. 즉, 피치각에 따른 추력계수의 증가량과 동력계수의 증가량은 반비례적인 경향이 나타났다.
후속연구
- 추후 분할형 블레이드의 추력 향상과 여러 형상의 에어포일을 분할형 블레이드로 제작하여 블레이드 설계시 에어포일의 공력특성을 상호 비교하겠다. 공기역학적인 관점에서 상호 관계 연구할 예정이다.
- 그중 경우 1의 이상비틀림이 가장 뛰어난 효율을 보였다. 본 실험에서 얻은 공력측정 데이터들은 쿼드로터 블레이드를 설계하는데 기초적인 데이터로 제공될 수 있을 것으로 기대된다.
- 추후 분할형 블레이드의 추력 향상과 여러 형상의 에어포일을 분할형 블레이드로 제작하여 블레이드 설계시 에어포일의 공력특성을 상호 비교하겠다. 공기역학적인 관점에서 상호 관계 연구할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.