초록 ▼

□연구개요
최근에 크기가 15cm 이하인 초소형 무인항공기(Micro Aerial Vehicle, MAV)의 경우 작은 크기에서 기인한 은밀성 때문에 군사용으로 많이 개발되고 있다. 무인기를 초소형화시키기 위해서는 가벼운 무게로부터 발생하는 비행 불안정성의 개선이 필요하다. 실험을 통해서 MAV의 비행안정성을 해석할 때 실험 모형 및 장비를 준비하는 과정에서 많은 시간과 비용이 소요된다. 이에 비해서 병렬컴퓨터에 기초한 전산해석 방법을 사용할 때 여러 개의 모델을 동시에 해석할 수 있으므로 신속한 분석이 가능하다. 따라서 본

□연구개요
최근에 크기가 15cm 이하인 초소형 무인항공기(Micro Aerial Vehicle, MAV)의 경우 작은 크기에서 기인한 은밀성 때문에 군사용으로 많이 개발되고 있다. 무인기를 초소형화시키기 위해서는 가벼운 무게로부터 발생하는 비행 불안정성의 개선이 필요하다. 실험을 통해서 MAV의 비행안정성을 해석할 때 실험 모형 및 장비를 준비하는 과정에서 많은 시간과 비용이 소요된다. 이에 비해서 병렬컴퓨터에 기초한 전산해석 방법을 사용할 때 여러 개의 모델을 동시에 해석할 수 있으므로 신속한 분석이 가능하다. 따라서 본 연구의 최종목표는 초소형 무인항공기의 비행안정성 향상을 위한 유체-구조 상호반응의 전산해석 및 제어방법 개발이다.

□연구 목표대비 연구결과
초소형 무인항공기 표면에서 비행 불안정성을 발생시키는 요인으로 날카로운 모서리와 유동-유발 진동으로 발생하는 내부 유동을 고려하였다. 두 요인에 대해서 유동-유발 진동 현상의 변화 경향성을 정량화하기 위해서 사각형 요철이 부착된 원형 실린더와 중공 원형 실린더의 유체-구조 상호반응을 레이놀즈수 Re=150과 200에 대해서 각각 수행하였다.
사각형 요철이 있는 경우와 요철이 없는 경우의 전산해석 결과를 비교했을 때, 공진 조건에서 한 쌍의 사각형 요철을 θ=60도에 위치시켰을 때 와-유발 진동의 동특성은 공진 영역에서 크게 이탈하였고 최대 진동 변위는 약 10% 감소하였다.
중공 원형 실린더의 경우 여섯 개의 무차원 속도 값들에 대해서 전산해석을 수행하고 관련 결과를 보통의 원형 실린더 결과와 비교한 결과, 비 공진 영역의 무차원 속도 U_red=7에서 최대 진동 변위가 약 300% 감소하였다. 중공 실린더의 내부 표면에서 발생하는 양력과 외부 표면에서 발생하는 양력을 분리해서 분석한 결과, U_red=7에서는 외부 표면에서 발생하는 양력이 매우 감소하였고, 내/외부 양력들이 서로 상쇄 간섭을 일으켜서 유동유발-진동 현상을 억제했다.

□연구개발결과의 중요성
사각 요철과 중공 실린더의 VIV 전산해석을 통해 얻은 결과를 토대로 MAV의 비행 불안정성을 향상할 수 있는 형상 최적화 기법과 관련하여 다음의 두 기준을 제시한다: (1)공진 영역 회피를 위한 외부 부착물 위치의 최적화, (2) 비 공진 영역에서 순간적으로 증폭되는 양력의 억제를 위한 내/외부 양력의 상쇄 간섭 유도. MAV의 형상설계 시 위의 두 요인을 고려하면 실제 비행과정에서 발생 가능한 공진현상과 순간적으로 증폭된 양력에 의해 발생하는 비행 불안정성을 향상할 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1연구결과 요약문 ... 2목차 ... 31. 연구개발과제의 개요 ... 32. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4 2.1 사각형 요철이 부착된 강체의 유동-유발 진동 ... 4 2.2 중공 강체의 유동-유발 진동 ... 93. 연구개발결과의 중요성 ... 134. 참고문헌 ... 145. 연구성과 ... 16끝페이지 ... 16