Initial Sizing of a Roadable PAV Considering Airfoil and Engine Types

익형과 엔진 종류를 고려한 도로주행형 PAV 초기 사이징

Abstract

In many countries, there are needs of new transportations to replace ground congestions due to growing number of cars. In addition, the increase in the number of cars held by economic growth will further increase traffic congestion in the future. To overcome this problem, many researches have been performed for personal air vehicle (PAV). In this study, the wing loading and the power-to-weight ratio that are major design parameters for the sizing of roadable PAVs were calculated for different kinds of airfoil and engine types. I.e., in the sizing process, the study was conducted to determine the design point using the graphs of wing loading, power-to-weight ratio, brake horse power, and fuel efficiency for the given mission profiles considering domestic environments and the FAR PART 23 which is the GA class aircraft certification standard. As a result of sizing, using diesel engine require high maximum take-off weight, wing area, and power compared to gasoline engine due to more engine weight.

많은 나라들에서 늘어가는 자동차로 인한 교통체증에 대체 할 수 있는 새로운 교통수단에 대한요구가 증가하고 있다. 또한, 경제적인 성장으로 인한 자동차 보유 대수의 증가로 앞으로 교통체증은 더욱 증가할 것이다. 이를 위해 도로주행형 개인용 항공기(PAV; personal air vehicle)에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 도로주행형 PAV의 사이징에서 엔진과 익형의 종류에 따른 주요 설계 변수인 익면하중과 동력대중량비를 구하기 위한 사이징을 수행하였다. 즉, 사이징 과정에서 국내 환경과 일반 항공기급 인증기준인 FAR PART 23을 고려한 임무형상에 대하여 익면하중, 동력대중량비, 제동마력, 그리고 연료효율의 그래프를 통해서 설계점을 결정하는 연구도 수행하였다. 사이징 결과 디젤 엔진을 사용하는 경우 가솔린 엔진보다 더 큰 중량으로 인해 더 큰 이륙총중량, 날개 면적, 그리고 더 큰 동력을 요구한다.

그림 1. 익형 항력 분포 Fig. 1. Airfoil drag polar.

그림 2. 동력대중량비 대 익면하중 사이징결과 1 Fig. 2. P/W vs. W/S sizing result 1.

그림 3. 이륙총중량 사이징 결과 1 Fig. 3. MTOW sizing results 1.

그림 4. 날개면적 사이징 결과 1 Fig. 4. Wing area sizing results 1.

그림 6. 연료효율 사이징 결과 1 Fig. 6. Fuel efficiency sizing results 1.

그림 8. 이륙총중량 사이징 결과 2 Fig. 8. MTOW sizing results 2.

그림 9. 날개면적 사이징 결과 2 Fig. 9. Wing area sizing results 2.

그림 10. 엔진동력 사이징 결과 2 Fig. 10. Engine power sizing results 2.

그림 11. 연료효율 사이징 결과 2 Fig. 11. Fuel efficiency sizing results 2.

그림 12. 동력대중량비 대 익면하중(가솔린 엔진, FX 63-137 익형 사용) Fig. 12. P/W vs. W/S result (using gasoline engine, FX 63-137 airfoil).

그림 13. 제동마력 대 익면하중(가솔린 엔진, FX 63-137 익형 사용) Fig. 13. BHP vs. W/S result (using gasoline engine, FX 63-137 airfoil).

그림 14. PAV 형상(비행모드) Fig. 14. PAV configuration.(flying mode)

그림 15. PAV 형상(주행모드) Fig. 15. PAV configuration(driving mode).

그림 7. 동력대중량비 대 익면하중 사이징 결과 2 Fig. 7. P/W vs. W/S sizing result 2.

표 1. NASA의 PAV 정의 및 고객 요구도 Table 1. NASA PAV definition and customer requirements.

표 2. PAV의 공학적인 요구조건 Table 2. PAV engineering requirements.

표 3. PAV 형상 (기준) Table 3. PAV configuration (baseline).

표 4. PAV 임무형상 (기준) Table 4. PAV mission profile (baseline).

표 5. 임무구간별 연료소비에 따른 중량 감소비[17] Table 5. Weight Reduction Ratios for Mission Segments due to fuel consumption [17].

표 6. 익형 종류별 가솔린 엔진을 사용한 사이징 결과 Table 6. Sizing results with gasoline engine for different airfoil types.

그림 5. 엔진동력 사이징 결과 1 Fig. 5. Engine power sizing results 1.

표 7. 익형 종류별 디젤 엔진을 사용한 사이징 결과 Table 7. Sizing results with diesel engine for different airfoil types.