초록
본 논문에서는 곤충 모방 날갯짓 비행체의 가장 중요한 설계 변수 중 하나인 날개에 대한 파라메트릭 연구에 대해 서술하였다. 추력, 피칭모멘트, 소비전력, 추력 대 전력비의 비교 및 분석을 통해 날개 형상에 대한 실험적 연구를 진행하였다. 힘과 모멘트는 2축 밸런스를 이용하여 측정되었으며 날갯짓 주파수는 홀센서를 이용하여 측정되었다. 날개 형태는 겹 날개 형태를 채택하였으며 이를 통해 Clap and fling 효과를 구현하였다. 기준 날개 형상으로 잠자리의 날개를 선정하였고, 이를 기준으로 가로세로비 및 면적에 대한 실험을 진행하였다. 결과적으로, 가로세로비와 면적이 증가할수록 추력, 피칭모멘트, 소비전력이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 일정 수준 이상의 가로세로비 혹은 면적을 가지는 날개를 메커니즘에 적용하였을 때 메커니즘이 정상적으로 구동되지 않는 것을 확인하였다. 최종적으로 날개 형상 선정은 필요한 최소추력을 만족시키는 날개 중에서 추력 대 전력비를 비교함으로써 이루어졌다. 하지만 추력선과 무게중심의 불일치로 인한 모멘트의 발생으로 안정성을 확보할 수 없었다. 이에 안정성을 확보하기 위해 상단과 하단에 댐퍼를 부착한 실내 비행 시험을 통해 날개의 파라메트릭 연구 결과에 대한 간접적인 성능 검증을 수행하였다.
This paper conducts parametric studies on flapping wing design, one of the most important design parameters of insect-mimicking aerial vehicles. Experimental study on wing shape was done through comparison and analysis of thrust, pitching moment, power consumption, and thrust-to-power ratio. A two-axis balance and hall sensor measure force and moment, and flapping frequency, respectively. Wing configuration is biplane configuration which can develop clap and fling effect. A reference wing shape is a simplified dragonfly's wing and studies on aspect ratio and wing area were implemented. As a result, thrust, pitching moment, and power consumption tend to increase as aspect ratio and area increase. Also, it is found that the flapping mechanism was not normally operated when the main wing has an aspect ratio or area more than each certain value. Finally, the wing shape is determined by comparing thrust-to-power ratio of all wings satisfying the required minimum thrust. However, the stability is not secured due to moment generated by disaccord between thrust line and center of gravity. To cope with this, aerodynamic dampers are used at the top and bottom of the fuselage; then, indoor flight test was attempted for indirect performance verification of the parametric study of the main wing.
