초록 ▼

연구의 목표:
본 연구에서는 지능재료에 의하여 작동하는 뒷전 플랩을 장착한 지능형 로터 블레이드를 개발하여 기존의 비효율적인 로터 조종계통을 대체하고 또한 고차조화제어를 구현하여 헬리콥터 진동하중을 저감시키고자 하였다. 이를 위해 헬리콥터 로터 유체-구조 상호작용과 조종성 해석을 통하여 플랩 블레이드의 시제품을 설계, 제작하고 실험하여 그 개념의 실현성을 입증하고자 하였다.
연구내용:
기존의 스워시 판에 의거한 헬리콥터 로터 조종계통은 중량과 공기역학적 측면에서 매우 비효율적이다. 이에 기계식이 아닌 전기장에 의해

연구의 목표:
본 연구에서는 지능재료에 의하여 작동하는 뒷전 플랩을 장착한 지능형 로터 블레이드를 개발하여 기존의 비효율적인 로터 조종계통을 대체하고 또한 고차조화제어를 구현하여 헬리콥터 진동하중을 저감시키고자 하였다. 이를 위해 헬리콥터 로터 유체-구조 상호작용과 조종성 해석을 통하여 플랩 블레이드의 시제품을 설계, 제작하고 실험하여 그 개념의 실현성을 입증하고자 하였다.
연구내용:
기존의 스워시 판에 의거한 헬리콥터 로터 조종계통은 중량과 공기역학적 측면에서 매우 비효율적이다. 이에 기계식이 아닌 전기장에 의해 지능재료로 작동하는 뒷전 플랩을 장착한 로터 블레이드를 사용함으로써 로터 조종계통을 대체하고 동시에 고차조화제어를 구현함으로써 블레이드에 작용하는 비정상 공기력을 유익하게 분포시킴으로써 헬리콥터 진동하중을 저감시키고자 하였다.
우선 이전 연구 과제를 통해서 현재까지 블레이드의 단면 및 외형 설계가 이루어 졌으며, 적절한 지능재료를 이용한 플랩 작동기가 선정되었다. 이를 토대로 다물체 동역학 해석프로그램인 DYMORE를 이용하여 기 개발된 헬리콥터 로터의 해석모델을 확장하여 뒷전플랩 로터의 공력탄성학 해석을 수행함으로써 플랩 구동부의 상세 설계를 하고 진동하중 저감능력을 예측하였다. 또 개발된 로터블레이드의 공력탄성학 해석프로그램을 확장하여 지능형 로터의 조종성 해석을 수행하고 뒷전 플랩에 의하여 기존의 로터 조종계통을 원활하게 대체할 수 있는지 검토하였다. 이후에 확정된 설계를 근거로 하여 인장시험용 블레이드 시제품과 플랩 부품을 설계, 제작하였다. 이 시제품 블레이드를 사용하여 특성시험과 인장시험을 수행, 예측된 회전 원심력에 대한 구조적 강도가 충분한 지를 확인하고, 시험결과를 토대로 설계를 개선한 후, 최종 시제품인 시제품 2호를 설계 제작하였다. 이와 동시에 정적시험을 수행할 벤치를 함께 설계, 제작하였고, 시제품 2호에서는 블레이드 굽힘 및 비틀림 강성, 고유 진동수, 플랩 작동 범위 등 다양한 특성을 측정하고 설계 결과와 비교하였다.
본 연구를 통하여 차세대 저진동 헬리콥터에서 사용될 신개념 로터시스템의 기술적 요소들의 습득이 가능할 것이며, 특히 이 지능형 로터는 요즘 군사 및 민간 측면에서 그 중요성이 대두되고 있는 무인 헬리콥터에서 로터 조종계통 부품의 공간을 절약하기 위해 필연적으로 사용될 개념으로 장차 심도 깊은 연구가 요구될 것으로 예상된다.
기대효과:
▸ 헬리콥터 뒷전 플랩 작동에 사용되는 지능재료 및 작동기의 특성자료 축적
▸ 뒷전 플랩을 장착한 헬리콥터 로터 비정상 유동에 대한 공력해석 및 자료 축적
▸ 플랩의 작동에 의한 헬리콥터의 조종성, 진동/소음, 진동 하중 해석능력
▸ 플랩 지능형 로터 블레이드의 상세설계 및 제작능력
▸ 플랩 지능형 로터 블레이드의 인장과 기타 특성 시험 및 분석능력
▸ 차세대 저진동 헬리콥터 및 무인 헬리콥터의 신개념 로터시스템 관련 기술

Abstract ▼

Purpose:
An intelligent rotor blade with a smart material-actuated flap is developed to replace an inefficient conventional rotor control system and to alleviate helicopter vibratory loads. Precise fluid-structure interaction analysis and flight dynamic analysis are conducted to design the protot

Purpose:
An intelligent rotor blade with a smart material-actuated flap is developed to replace an inefficient conventional rotor control system and to alleviate helicopter vibratory loads. Precise fluid-structure interaction analysis and flight dynamic analysis are conducted to design the prototype rotor blade. Then, two test articles are fabricated and experimented to prove the feasibility of the present concept.
Contents:
The conventional helicopter rotor control system using swashplate is inefficient from the standpoint of weight and aerodynamic configuration. In this study, a trailing edge flap was developed, which was actuated not by a mechanical link, but by a smart material-based actuator. It was to replace the conventional rotor system and to alleviate the helicopter vibratory loads by implementing a higher harmonic control.
The cross sectional and external design of the blade and the selection of appropriate actuator have been studied through a previous research project. An existing rotor fluid-structure interaction analysis was extended to analyze the present rotor with flap. Aeroelastic analysis was performed to design the flap linkage mechanism. Flight dynamic analysis using a comprehensive helicopter analysis such as DYMORE was also conducted to prove the possibility of replacing the conventional rotor control system. Based on the resulting design, a first test article was fabricated. A special bench was also fabricated for the experiment. Characterization and tensile test was performed on the first article to confirm its structural integrity. Final prototype blade was designed with improvement and fabricated to measure the stiffness, natural frequencies, and the flap actuation.
The technologies required in the next-generation low-vibration helicopter will be obtained through the present research. Especially, an intelligent rotor system such as the present concept will be adopted in an unmanned micro rotorcraft, in which a space for the rotor control system and components needs to be saved.
Expected Contribution:
- Data build-up of smart materials and actuators for helicopter rotor flap
- Unsteady rotor aerodynamic analysis data for trailing edge flap
- Helicopter flight dynamics, aeroelasticity, vibratory loads analysis with flap
- Detail design and fabrication capability for an intelligent rotor with flap
- Characterization test capability for an intelligent rotor with flap
- Technologies related with the next-generation low helicopter and unmanned micro rotorcraft

목차 Contents

• 2012년도 상반기 일반연구자지원사업 연차․실적계획서(평가용) ... 1
• 한글 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 3
• 심사및 전문분야 ... 4
• 연구분야 ... 4
• 연구내용 ... 6
• 연구비 총괄표 ... 5
• 연구내용 ... 6
• 1. 기 수행 연구실적 ... 6
• 가. 당초 연구 목표 및 연차점검의 주요 착안점 ... 6
• 나. 연구범위 및 연구수행 방법 ... 7
• 다. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
• ○ 참고문헌 ... 43
• 라. 연구목표의 달성도 ... 43
• 마. 연구성과 ... 44
• 바. 대표적 연구성과 ... 47
• 사. 연구수행에 따른 문제점 및 개선방향 ... 47
• 아. 중요 연구변경 사항 ... 47
• 자. 연구비 집행실적(2012년도) ... 48
• 2. 차년도(2011년도) 연구계획 ... 49