초록 ▼

□ 연구개요
농작업의 패러다임으로 자리 잡고 있는 무인 회전익기는 노동력의 절감과 농작업 안정성의 향상을 위해 적용영역을 넓혀가고 있다. 운영자와 조종자의 애로사항 중 양력의 부족의 문제에 주목하고 동력부의 증강 없이 익형개선 만을 통하여 양력을 향상 시킬 수 있었다. 회전익기의 로터 블레이드의 경우는 고정익기의 익형설계와는 다르게 반경방향의 선속도에 따라 최적익형이 다르므로 반경방향에 따른 변이익형을 갖는 블레이드를 설계하여 양력을 향상시킬 수 있다. 변이익형으로의 개선을 통하여 양력의 5% 정도의 향상만으로써 문제점을 해소

□ 연구개요
농작업의 패러다임으로 자리 잡고 있는 무인 회전익기는 노동력의 절감과 농작업 안정성의 향상을 위해 적용영역을 넓혀가고 있다. 운영자와 조종자의 애로사항 중 양력의 부족의 문제에 주목하고 동력부의 증강 없이 익형개선 만을 통하여 양력을 향상 시킬 수 있었다. 회전익기의 로터 블레이드의 경우는 고정익기의 익형설계와는 다르게 반경방향의 선속도에 따라 최적익형이 다르므로 반경방향에 따른 변이익형을 갖는 블레이드를 설계하여 양력을 향상시킬 수 있다. 변이익형으로의 개선을 통하여 양력의 5% 정도의 향상만으로써 문제점을 해소할 수 있을 것으로 기대하였다. 따라서 연구의 목표에 맞추어 농용 회전익기의 로터 양력성능을 향상시키기 위하여 반경방향 변이익형을 이론 분석 및 CFD 시뮬레이션과 실험적 방법 등을 통하여 설계하고, 구현된 고효율 변이익형 로터블레이드를 현장 성능평가에서 10%이상의 향상을 검증하였다. 개선된 로터는 농용회전익기 기종에 적용이 가능하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
농용 무인 회전익기들을 개발하여 소필지 항공살포에 적용하면서 운영자와 조종자의 애로사항인 양력의 부족의 문제에 주목하고 익형개선을 통하여 양력을 향상 시킬 수 있을 것으로 생각되었다. 본 연구의 목표에 따라 변이익형으로의 개선을 통하여 양력의 5% 정도의 향상만으로써 문제점을 해소할 수 있을 것으로 기대하였으며, 개선된 로터는 대부분의 농용 회전익기 기종에 적용이 가능할 것으로 생각되었다. 따라서 본 연구는 농용 회전익기의 로터 양력성능을 향상시키기 위하여 반경방향 변이익형을 이론 분석 및 CFD 시뮬레이션과 실험적 방법 등을 통하여 설계하고, 구현된 고효율 변이 익형 로터블레이드를 현장 성능 평가하고 검증하는 데 있었다.
이에 대한 연구의 범위와 방법으로 변이 익형 블레이드에 적절한 설계목표를 세우고, 내측(그립)과 외측(팁)에 적절한 대표 익형을 선정한 후, 3D 프린터로 제작한 익형 섹션의 풍동실험 및 CFD분석으로 특성을 확인하였다. 회전하는 블레이드의 공력성능을 CFD 예측과 최적 설계를 통하여 블레이드 공력특성의 변수요소를 결정하고 변이익형을 구현함으로써 현장 양력측정에서 성능을 비교 검증한바 로터 블레이드를 현장 성능 평가하여 공력이 10%정도 향상된 불레이드를 달성하여 연구의 목표를 달성하였다. 본 연구의 결과는 관련 학문/기술적 수준을 한 단계 제고 시킬 수 있는 지식 또는 기술의 연구 결과를 도출하였으며, SCI(E) 3편 게재 및 투고 1편, 특허등록 1건의 성과를 달성하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
점차 활성화되는 상업 및 민간용 무인항공기 산업에 대하여 국토교통부는 민간 무인항공기 국산화 및 운영기반 구축을 위한 ‘민간 무인항공기 실용화기술개발’ 연구사업을 2013년 이후 2022년 까지 추진하고 있다. 민간부문에서는 항공법 시행규칙 제 14조에 따라 150kg 미만의 무인비행체로 제한하고 있는 무인비행체의 수요가 계속 증가하면서 차세대 고부가가치 산업으로 발전하고 있어 국제민간항공기구(ICAO)에서 무인항공기 운영을 제도화함에 따라 국제적으로 실용화기술개발을 경쟁적으로 추진하고 있다.
이에 따라 무인 회전익기를 이용한 농산업 방제작업의 장점 중 하나는 작업자의 노동강도를 현저히 줄일 수 있다. 기체의 자세유지와 작업중 특히 하절기 작업, 고지대 및 유상하중 비행에서 양력의 부족의 문제가 일으키는 애로사항을 개선하기 위하여 현실적으로 이러한 양력의 부족의 문제는 동력의 증가(자중의 증가 동반)로만 해결되기 어렵고 로터의 익형개선을 통하여 개선할 필요가 있으며 본 연구의 변이익형을 적용함으로써 양력을 향상 시킬 수 있었다. 본 연구의 핵심인 변이익형의 설계에는 기존의 공력설계에 대한 고찰과 연구가 융합되고 고효율의 최적설계 기법이 적용됨으로써 농용 회전익기에 알맞은 새로운 변이익형의 형태를 갖는 고효율 로터 블레이드를 구현하였다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행 내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 표준익형 선정 및 설계목표 ... 4
• 나. 표준익형의 풍동실험과 공력특성 ... 6
• 다. 변이익형 블레이드와 CFD 평가 ... 9
• 라. 변이익형 블레이드의 구현과 최적설계 ... 12
• 마. 변이 블레이드의 현장 성능평가 및 비교 검증 ... 15
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 20
• 대표적 연구실적 ... 20
• 끝페이지 ... 34