Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences (한국항공우주학회지)

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Aeroelastic Analysis of Rotorcraft in Forward Flight Using Dynamic Inflow Model

동적 유입류 모델을 이용한 회전익기 전진비행 공탄성 해석

  • 이준배 (부산대학교 항공우주공학과) ;
  • 유승재 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 정민수 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 이인 (한국과학기술원 항공우주공학과) ;
  • 김덕관 (한국항공우주연구원) ;
  • 오세종 (부산대학교 항공우주공학과) ;
  • 이관중 (부산대학교 항공우주공학과)
  • Received : 2010.10.26
  • Accepted : 2011.03.19
  • Published : 2011.04.01
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Abstract

In this study, the aeroelastic analysis of rotorcraft in forward flight has been performed using dynamic inflow model to handle unsteady aerodynamics. The quasi-steady airload model based on the blade element method has been coupled with dynamic inflow model developed by Peters and He. The nonlinear steady response to periodic motion is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim for stability analysis. The aerodynamic and structural characteristics of dynamic inflow model are validated against other numerical analysis results by comparing induced inflow and blade tip deflections(flap, lag). In order to validate aeroelastic stability of dynamic inflow model, lag damping are also compared with those of linear inflow model.

본 논문에서는 비정상 공기력을 모델링하기위해 Peters-He의 동적유입류모델을 고려한 2차원 준정상 공기력 이론을 적용하여 회전익기 전진비행에 대한 공탄성 해석을 수행하였다. 또한, 공력탄성학적 안정성 해석을 수행하기 위하여, 전진비행 시 주기적인 특성을 갖는 비선형 정적 트림 해를 얻기 위해 동체 평형을 고려한 연계 트림 해석을 통한 완전 유한요소 방정식을 이용하였다. 동적유입류모델의 공력과 구조 특성을 검증하기 위해 유도 유입류와 깃끝에서의 구조변형을 타 수치해석결과와 비교하였다. 또한, 공탄성 안정성을 검증하기 위해 두 모델의 래그 감쇠값을 비교하였다.

Keywords

References

  1. Hodges, D. H., "Nonlinear Equations for the Dynamics of Pretwisted Beams Undergoing Small and Large Rotations", NASA TP-2470, 1985.
  2. Bauchau, O. A. and Hong, C. H., "Nonlinear Composite Beam Theory", ASME Journal of Applied Mechanics, Vol. 55, 1988, pp. 156-163. https://doi.org/10.1115/1.3173622
  3. Cho, M. H., "Aeroelastic Analysis of Hingeless Rotor Blades Using Refined Structural and Aerodynamic Models", Ph. D. Thesis, KAIST, 1994.
  4. 정성남, 김경남, 김승조, "전진비행시 복합 재료 헬리콥터 회전익의 공탄성에 대한 파라미터 연구", 한국소음진동공학회지, 7권, 6호, 1997, pp. 819-826.
  5. Atilgan, A. R. and Hodges, D. H., "Unified Nonlinear Analysis for Nonhomogeneous Anisotropic Beams with Closed Sections", AIAA Journal, Vol. 29, No. 11, 1991, pp. 1990-1999. https://doi.org/10.2514/3.10829
  6. Jeon, S. M., Cho, M. H. and Lee, I., "Static and Dynamic Analysis of Composite Box Beams using Large Deflection Theory", Computer and Structures, Vol. 57, 1988, pp. 156-163.
  7. 정성남, 김경남, 김승조, "첨단 복합재료 회전익의 동적 안정성에 관한 연구", 한국복합재료학회지, 10권, 4호, 1997, pp. 139-148.
  8. 조병규, "3차원 공기력을 이용한 복합재 힌지없는 로우터 블레이드의 제자리 비행시 공탄성 해석", 석사학위논문, 한국과학기술원, 2002.
  9. 유승재, 임인규, 이인, 김도형, 김덕관, "자유후류기법을 이용한 무힌지 로터 시스템의 정지 비행시 정적 공탄성 해석", 한국항공우주학회지, 36권, 2호, 2008, pp. 156-162. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2008.36.2.156
  10. Smith, M. J., "Acceleration Techniques for an Aeroelastic Euler Method for a Hovering Rotor", Journal of Aircraft, Vol. 2, No. 33, 1996.
  11. 최지훈, 전성민, 권혁준, 이인, 권오준, "대변형 보 이론을 이용한 전진 비행시 무힌지 로우터 블레이드의 공탄성 해석", 한국항공우주학회지, 28권, 8호, 2000, pp. 39-46.
  12. Panda, B., Chopra, I., "Flap-Lag-Torsion Stability in Forward Flight", Journal of American Helicopter Society, Vol. 30, No. 4, 1985, pp. 30-39. https://doi.org/10.4050/JAHS.30.30
  13. Gaonkar, G. H., Sastry, V. V. S. S., Reddy, T. S. R., Nagabhushanam, J., Peters, D. A., "The use of Actuator-Disc Dynamic Inflow for Helicopter Flap-Lag Stability", Journal of American Helicopter Society, Vol. 28, No. 3, 1983, pp. 79-88. https://doi.org/10.4050/JAHS.28.79
  14. Leishman, J. G., "Principles of Helicopter Aerodynamics 2nd edition", Cambridge University Press, 2006.
  15. He, C. J., "Development and Application of a Generalized Dynamic Wake Theory for Lifting Rotors", Ph. D. Thesis, Georgia Institute of Technology, 1989.
  16. Peters, D. A., "How Dynamic Inflow Survives in the Competitive World of Rotorcraft Aerodynamics : The Alexander Nikolsky Honorary Lecture", Journal of American Helicopter Society, Vol. 54, No. 1, 2009, pp. 1-15.
  17. Nagabhushanam, J., Gaonkar, G. H., "Hingeless-Rotor Aeromechanical Stability in Hover and Forward Flight with Wake Dynamics", 38th AIAA/ASME/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Kissimme, Florida, April 7-10, 1997.
  18. Lim, J. W., "Aeroelastic Optimization of a Helicopter Rotor", Ph. D. Thesis, Univ. of Maryland, 1988.
  19. 이준배, 이재원, 이관중, 오세종, 김덕관, "회전익기 통합해석프로그램을 위한 공력해석코드 개발", 한국항공우주학회지, 37권, 3호, 2009, pp. 224-231. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2009.37.3.224