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문제 정의
- 본 개념설계안은 에어포일이 날카로운 앞전형상과 뭉툭한 앞전형상을 상황에 따라 변화시켜 사용 할 수 있도록 하여 초음속에서 낮은 항력계수를 가지게 하여 우수한 순항 성능을 얻음과 동시에 아음속과 천음속에서의 우수한 공력특성을 통해 기동성을 유지할 수 있게 하는 것을 목표로 하였다. 실현 가능성을 높이기 위해서는 강성의 소재를 이용하여 모터, 유압 피스톤 등을 통해 작동되도록 하는 것이 유리할 것으로 판단하였으며 이에 따라 설계를 진행 하였고 결과 아음속과 천음속 영역에서 사용하는 뭉툭한 형상의 앞전 구조물을 내부에 수납하여 날카로운 앞전형상을 가진 에어포일로 변형하는 방식을 취하였다.
- 본 연구를 통해 전투기의 초음속 순항성능을 향상시킴과 동시에 아음속과 천음속 영역에서의 기동성을 유지하기 위한 에어포일의 개념설계를 제안하였다. 설계된 에어포일의 아음속과 천음속에서의 공력특성을 NACA 65-006에어포일과 비교하여 보았을 때 우수한 공력특성을 가지는 것으로 확인되었고, 초음속 영역에서 만족스러운 항력계수의 감소를 확인할 수 있었다.
- 앞전 형상을 변경할 수 있도록 함으로써 항력을 줄이고자 하는 설계 역시 존재하나 이 경우 연성의 소재를 활용하여[13] 극단적인 조건에서 비행할 필요가 있는 전투기의 특성상 이를 적용시켜 실용화 하는 것에 대하여 불리한 점이 크고 작동과정에서 앞전을 회전시켜 변형하여 고속비행중 변형을 시도하면 비행에 심각한 영향을 줄 것으로 예상되는 설계[14] 역시 전투기에 적용하기에 불리한 점이 크다. 본 연구를 통해 제안하는 적응형 에어포일의 개념설계안은 강성의 구조물로 구성되어 실용화 가능성을 높였으며, 변형과정에서 비행에 영향을 최소화하기 위하여 구조물들의 큰 움직임을 피하도록 하였다. 이를 통하여 아음속과 천음속 영역에서 우수한 공력특성을 유지하는 동시에 초음속 영역에서 역시 높은 비행 효율을 가지게 하는 것을 가능하게 할 것으로 기대된다.
- 실제 날개에 적용하게 될 경우, 앞전의 변환과정에서 덮개(3)와 아랫면 구조물(4)이 겹쳐질 필요가 있고 그 외 구성 파트의 회전 등 기하학적 요소에 크게 영향을 받는 부분이 다수 존재하기에 정상적인 작동을 위해서 필요한 필수적인 몇 가지 조건을 만족하여야 하며 이에 대하여 정리하였다. 이러한 제한요소로 인하여 에어포일 형상의 최적화 난이도가 높아질 수 있으나 윗면 형상과 앞전형상 변환 시스템 뒤쪽의 아랫면 형상의 경우 자유로운 변형이 가능하며 변환 시스템과 관련이 깊은 부분역시 형상의 변형이 불가능한 것은 아니다.
- 앞선 논의는 초음속 에어포일이 초음속 순항에 있어 매우 효율적이나 제공전투기에 초음속 에어포일을 적용하는데 있어 문제가 있음을 잘 보여주며, 우수한 공력특성을 가지기 위하여 요구되는 앞전형상이 초음속 영역과 아음속 영역에서 판이함을 알 수 있다. 아음속과 천음속 영역에서 항공기에게 요구되는 기동성을 유지하면서 초음속 영역에서 낮은 항력계수를 가지게 하여 초음속 순항의 효율을 높이기 위해서는 유동의 속도 영역에 따라 적응할 수 있는 에어포일이 요구되며, 이에 따라 저자는 적응형 에어포일의 개념설계를 제안하고자 한다. 에어포일 형상을 변형가능하게 하는 것을 통하여 다양한 조건에서 우수한 공력특성을 얻고자 하는 연구는 다수 존재하나, 캠버를 변형하거나 플랩을 활용하는 경우가[11, 12] 주를 이루었다.
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