초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 과제는 점증하는 항공교통 및 물류 수요에 대응하여 경제적이면서 안전한 방식으로 공항의 운용효율성을 제고하기 위해, 선행항공기 와후류로 인한 사고를 방지하기 위한 목적으로 고정적으로 운용되고 있는 항공기 이착륙 분리간격을 탄력적으로 운용할 수 있는 와후류 경보시스템 구축을 최종목표로 한다. 와후류 경보시스템은 공항주변의 기상정보 예측하여 와후류 거동을 실시간으로 예측하고, 후행항공기 비행에 위험한 영역을 식별하여, 이러한 정보를 실시간, 정량적, 시각적으로 관제센터에 전달한다. 본 과제에서는 와후류

□ 연구의 목적 및 내용
본 과제는 점증하는 항공교통 및 물류 수요에 대응하여 경제적이면서 안전한 방식으로 공항의 운용효율성을 제고하기 위해, 선행항공기 와후류로 인한 사고를 방지하기 위한 목적으로 고정적으로 운용되고 있는 항공기 이착륙 분리간격을 탄력적으로 운용할 수 있는 와후류 경보시스템 구축을 최종목표로 한다. 와후류 경보시스템은 공항주변의 기상정보 예측하여 와후류 거동을 실시간으로 예측하고, 후행항공기 비행에 위험한 영역을 식별하여, 이러한 정보를 실시간, 정량적, 시각적으로 관제센터에 전달한다. 본 과제에서는 와후류 경보시스템 중 항공공학분야에서 담당해야할 CFD기반의 고신뢰도 해석도구, 실제 기상측정데이터 반영을 위한 데이터 동화기법, 실시간 와후류 예측도구, 와후류 진입항공기 조종안정성 예측 도구 개발을 진행하였다.

□ 연구결과
선행 항공기에 의해 생성된 와후류는 후행 항공기에 롤링 모멘트를 발생시켜 항공기의 불안정성을 야기할 수 있으므로 선행 항공기에 의해 생성된 와후류의 강도와 영향 범위를 고려하여 이륙분리시간 간격을 결정해야 한다. 이를 위해 △공항주변의 기상정보 예측하여 △와후류 거동을 실시간으로 예측하고, △후행항공기 비행에 위험한 영역을 식별하여, △이러한 정보를 실시간, 정량적, 시각적으로 관제센터에 전달할 수 있는 '와후류 경보시스템'이 필요하다. 본 연구에서는 이 중 항공공학부분에서 담당해야할 △CFD기반의 고신뢰도 해석도구, △실시간 와후류 예측도구, △와후류 진입항공기 조종안정성 예측 도구를 개발하였다. 와후류 시뮬레이션의 경우 수치적 소산에 의해 해석정확도가 감소하므로 5차 공간정확도의 보다 개선된 CFD 기법을 개발하였다. 그리고 데이터 동화기법을 적용하여 기상측정결과를 수치해석에 반영하여 보다 실제적인 와후류 거동 예측을 수행하였다. 기존의 해석식 기반의 실시간 와후류 예측 도구과 함께 CFD해석결과를 POD기법으로 근사 모델링한 실시간 와후류 예측도구를 개발하여, 정량적(해석식기반), 정성적(POD기반)인와후류 거동 예측이 가능하도록 하였다. 예측된 와후류 거동결과를 항공기 주익의 롤링모멘트와 중첩하여 조종불안정 영역을 탐색하는 와후류 진입항공기 조종안정성 실시간 예측 도구를 개발하고, 여기에 항공기 동체와 미익의 롤링모멘트도 고려하여 해석정확도를 향상시켰다. 개발된 기법을 바탕으로 와후류 진입항공기 조종안정성 예측기법 와후류 예측 결과를 실시간, 정량적, 시각적으로 보일 수 있도록 하여 와후류 경보 시스템의 구성이 가능함을 검증하였다.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구결과를 통해 최종적으로 와후류 경보시스템이 구축되면, 항공기 분리간격을 탄력적으로 조절하여 공항의 운용효율성을 보다 경제적이면서 안전하게 높일 수 있다. 본 연구에서 개발된 공력해석기술은 최신 수치해석기법과 데이터 동화법을 통해 고정밀 해석도구를 개발함으로써 해석기술의 Break-though를 할 수 있을 것이다. 그리고 와후류의 거동을 확률적으로 모델링하기 때문에 불확실성이 존재하는 열유동해석, 가공, 설계 분야에 응용가능하다. 데이터 동화 기법은 해석정확도와 분해능, 차원이 다른 데이터를 동화시킬 때 활용할 수 있다. 또한 본연구는 항공공학적인 예측기법을 통해 안전도를 정량적으로 제시하여 위험지역을 피할수 있는 방법을 제시하기 때문에, 이러한 방식으로 안전성을 유지하면서 효율을 향상시킬 수 있는 방안에 대한 연구가 활성화 될 것이다.

(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The objective of this project is the construction of “Wake Vortex Warning System” which safely increases the efficiency of an airport to satisfy the gradual increment of the air traffic. Wake Vortex Warning System consists of the weather forecasting, the wake vortex prediction,

□ Purpose&contents
The objective of this project is the construction of “Wake Vortex Warning System” which safely increases the efficiency of an airport to satisfy the gradual increment of the air traffic. Wake Vortex Warning System consists of the weather forecasting, the wake vortex prediction, and the safety region determination. To achieve the objective, the high fidelity CFD code with data assimilation methods, wake vortex prediction tools, and aircraft control stability prediction tools have been developed in the project.

□ Result
The wake vortex made by preceding aircraft can lead to the instability of another following airplane. Therefore the distance between planes must be determined by the intensity of the wake vortex and its influence. “Wake vortex warning system” should be constructed so that it can visualize real-time movement of wake vortex considering the weather condition around the runway to distinguish the hazard area for flight. The main purpose of this proposal is to develop the high fidelity CFD code with data assimilation, the wake vortex prediction tool, and the aircraft control stability prediction tool. In case of vortex simulation, the accuracy of analysis can be lowered because of numerical dissipation, so the enhanced CFD technique with 5th-order spatial scheme has been developed. Using the data assimilation technique, measured weather conditions have been implemented to numerical analysis for forecasting the behavior of wake vortex. Real-time wake vortex prediction tool modeled by POD using CFD results, as well as the existing wake vortex prediction tools based on analytic formulas have been developed in order to foresee the movement of wake vortex both quantitatively and qualitatively. The results have been considered with the rolling moment of main wings to explore the instable region of control. In addition, the rolling moments of fuselage and tail wings have been included to enhance the accuracy.

□ Expected Contribution
After the construction of wake vortex warning system, the distance between airplanes can be controlled flexibly so that the efficiency of runway usage could be maximized safely. Aerodynamic analysis techniques made from this proposal can be break-through analytic techniques with up-to-date numerical methods and data assimilation. They can be applied to analyze thermo-fluid problems, manufacturing, and design fields containing uncertainties because they model the behavior of wake vortex stochastically. Data assimilation can be used to assimilate data with different analytical accuracy, resolution, and dimensions. In addition, this proposal will activate researches to find ways to improve efficiency with the same level of safety as before since the system shows the degree of safety quantitatively to avoid dangerous zone.

(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 15
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 22
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 77
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 79
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 81
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 83
• 8. 참고문헌 ... 84
• 9. 연구성과 ... 87
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 90
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 91
• 12. 기타사항 ... 94
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 95
• [별첨2] 세부 목표 관련 증빙 ... 104
• 끝페이지 ... 127