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복합재료 초소형 비행체의 하중 및 구조해석

Load and Structural Analyses of Composite Micro Aerial Vehicle

  • 구교남 (울산대학교 항공우주공학과)
  • 발행 : 2005.05.01

초록

초소형 비행체에 대한 연구는 주로 추진, 제어, 저 레이놀즈 수에서의 고양력 형상, 무선통신 부품의 소형화 및 경량화 등의 문제에 초점이 맞추어져 왔다. 본 연구에서는, 경량의 비행체 구조에 적합한 복합재료를 적용하여 초소형 비행체의 구조 개념설계를 수행하였다. 설계된 초소형 비행체 구조의 하중경로와 응력분포를 파악하기 위해 MSC/NASTRAN의 공탄성 모듈을 이용하여 하중 및 구조해석을 동시에 수행하였다. 3개의 대칭기동, 2개의 반대칭기동, 4개의 비대칭기동 조건들에 대해 초소형 비행체의 안정미계수를 추출하였다. MSC/NASTRAN의 공력이론은 초소형 비행체 해석에 적합하지 않을 수 있으나 균형해석과 하중해석에 전통적으로 사용된 방법으로 매우 효과적인 방법이며 보다 정교한 이론이나 실험결과에 기초한 보정으로 보완될 수 있다. 구조해석 결과 공기력 보다는 탑재체에 의한 관성력이 주요 하중임을 확인할 수 있었다.

Most analyses and researches on Micro Aerial Vehicle(MAV) have focused upon propulsion, automatic control, aerodynamic configuration in low Reynolds number region, and miniaturization of telemetric parts. In the present study, a structural concept for MAV is designed by using the composite material suitable for light flight structures. In order to study the load path and stress state of the MAV, the load and structural analyses are simultaneously performed by the aeroelasticity module of MSC/NASTRAN. The stability derivatives of the MAV are obtained for three symmetric, two antisymmetric, and four unsymmetric maneuvering conditions. Although the aerodynamic theory in MSC/NASTRAN could not be proper for MAV analysis, it provides an traditional and effective tool for trim and load analyses and may be corrected with the results by more accurate theory or test. The results show that the inertial load due to payloads has a more effect on stress rather than the aerodynamic load.

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참고문헌

  1. 윤광준, 이재우, 이영재, 변영환, '초소형 비행체(MAV)의 현황 분석 및 개발방향', 한국항공우주학회지, 제26권, 제7호, 1998. 11, pp.170-179
  2. Grasmeyer J. M. and Keennon M. T., 'Development of the Black Widow Micro Air Vehicle', AIAA-2001-0127, AIAA, 2001
  3. Torres, G. and Mueller, T. J. 'Micro Aerial Vehicle Development: Design, Components, Fabrication, and Flight Testing', AUVSI Unmanned Systems 2000 Symposium and Exhibition, Orlando, FL, July 2000
  4. 류태규, 정인재, '고정익 초소형 비행체 형 상설계 및 검증', 한국항공우주학회지, 제28권, 제4호, 2000. 6, pp. 136-142
  5. 안존, '초소형 항공기(MAV)의 개발 현황 및 전망', 한국항공우주학회지, 제28권, 제7호, 2000. 10, pp. 145-154
  6. 윤광준, 황희철, '초소형 비행체(MAV) 2001 국제경연대회 소개 및 관련기술 분석', 한 국항공우주학회지, 제29권, 제4호, 2001. 6, pp. 129-134
  7. 박문희, 이정상, 김종암, 노오현, '초소형 비 행체 설계 및 제작기술 개발', 한국항공우주학회 춘계학술대회 논문집, 2002, pp. 54-57
  8. 이원범, 김우례, 김종암, 노오현, '초소형 비 행체의 공력특성에 관한 실험적 연구' 한국항공 우주학회 춘계학술대회 논문집, 2002, pp. 74-77
  9. 김영훈, 김우례, 이정상, 김종암, 노오현, 'Multi-Block 격자기법을 이용한 초소형 비행체 주위 공력 특성 해석', 한국항공우주학회지, 제31 권, 제 6호, 2003. 8, pp. 8-16
  10. 정대근, 황희철, 김종현, 박훈철, 윤광준, '고정익 초소형비행체 'BATWING 시스템' 개발' 한국항공우주학회지, 제32권, 제2호, 2004. 3, pp. 82-87
  11. Ifju, P. G., Ettinger, S., Jenkins, D. A., and Martinez, L., 'Composite Materials for Micro Air Vehicles', Society for the Advancement of Materials and Process Engineering Annual Conference, Long Beach, CA, May 6-10, 2001
  12. Rodden, W. P. and Johnson, E. H., MSC/NASTRAN ver. 68; Aeroelastic Analysis User's Guide, The MacNeal-Schwendler Corporation, California, 1994
  13. Etkin, B., Dynamics of Atmospheric Flight, JohnWiley & Sons, New York, 1972