초록 ▼

□ 연구개요
• 본 연구에서는 로터 시스템 기반의 도심 항공 모빌리티의 공력 성능과 소음 수준을 효율적으로 예측할 수 있는 전산공력-소음 연계해석자를 개발하고자 함.
• 상용 SW가 아닌 in-house 코드 기반의 전산공력-소음 연계해석자와 메타모델과 전역최적화 알고리즘이 결합된 형태의 최적설계 프레임워크를 독자적으로 개발함으로써 회전익 비행체 공력/소음/설계 분야의 원천기술을 확보하고자 함.
• 저소음 설계 프레임워크를 구축하고 고효율-저소음 로터 블레이드 형상 설계와 로터-후류 간섭효과를 고려한 로터 간의 위상

□ 연구개요
• 본 연구에서는 로터 시스템 기반의 도심 항공 모빌리티의 공력 성능과 소음 수준을 효율적으로 예측할 수 있는 전산공력-소음 연계해석자를 개발하고자 함.
• 상용 SW가 아닌 in-house 코드 기반의 전산공력-소음 연계해석자와 메타모델과 전역최적화 알고리즘이 결합된 형태의 최적설계 프레임워크를 독자적으로 개발함으로써 회전익 비행체 공력/소음/설계 분야의 원천기술을 확보하고자 함.
• 저소음 설계 프레임워크를 구축하고 고효율-저소음 로터 블레이드 형상 설계와 로터-후류 간섭효과를 고려한 로터 간의 위상 제어 및 로터 배치 설계를 통해 6dB 이상의 소음저감 효과가 있는 독자적인 소음 제어 기술을 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
• In-house 코드 기반의 전산공력-소음 연계해석 기법 개발
- 비선형 와류 격자법(Nonlinear Vortex Lattice Method, NVLM)과 와류 조각법(Vortex Particle Method, VPM) 연계를 통해 로터 공력해석 기법을 개발함.
- 음향상사법과 광대역 소음 예측을 위한 반 실험적 모델을 개발하고 비선형 와류 격자법과 연계하여 효율적인 전산공력-소음 해석자 개발함.
- 신뢰성 있는 시험데이터 DB를 이용하여 개발한 공력-소음 연계해석자의 정확성 검증연구 수행함.
- 로터 블레이드에 작용하는 추력계수는 시험 결과와 1% 이내, 1st BPF 소음 성분을 실험 결과 대비 3dB 이내로 예측 가능함을 확인함.
• 전산공력-소음 연계 해석자 검증 및 최적설계 프레임워크 개발
- 저소음화 설계 연구를 위한 초기형상 모델로 NASA UAM Quadrotor 모델을 선정하고 공력-소음 검증용 DB 구축을 위해 Lattice-Boltzmann Method 기법 기반의 PowerFLOW 해석자를 이용한 고 정확도 전산해석을 수행하였음.
- 1차년도에 개발한 In-house 코드 기반의 전산공력-소음 연계해석자를 동체효과를 고려할 수 있도록 확장하고 시험 결과를 이용한 검증 연구를 수행함.
- 메타모델 기법과 전역 최적화 알고리즘을 적용한 최적설계 프레임워크 구축함.
• 고효율/저소음 비행체 저소음화 기술 개발
- 다중 로터 기반의 분산전기추진시스템을 활용하는 UAM 기체의 특성을 고려하여 로터 간의 초기 위상차 제어를 통한 저소음 기술을 개발함.
- 초기 형상 모델로 선정한 NASA의 Quadrotor 모델을 이용하여 로터 위치 파라메트릭 연구를 수행하고 저소음화를 위한 최적의 형상을 탐색함.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
• 본 연구에서 제안하는 연구 주제는 국제적인 연구 동향과 일치하는 연구 주제인 만큼 해외의 연구그룹/기관/학교와의 긴밀한 협력연구와 인적 네트워크 구성을 통해 UAM 공력/소음/설계 연구 분야를 선점할 수 있을 것으로 기대됨.
• 저소음화 설계 기술은 미래형 비행체인 UAM 산업 발전을 위한 핵심 기술이며 향후 UAM 비행체뿐만 아니라 기존의 헬리콥터, 개인용 항공기, 드론 등과 같은 다른 수직이착륙기에 적용이 가능함.
• 본 연구의 결과들은 UAM 버티포트 설계와 도심 환경 내의 소음 영향도 평가에도 활용될 수 있고, 독자적으로 개발하고 혁신적인 고효율-저소음 제어 기술을 통해 국내 UAM 산업의 경쟁력 제고에 기여할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발과제의 목적 ... 4
• 2) 연구개발과제의 필요성 ... 5
• 3) 연구개발과제의 최종목표 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 연도별 연구 수행 과정 ... 6
• 2) 연도별 주요 연구내용 및 평가항목 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 13
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 33