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프로펠러 후류 간섭 효과를 고려한 투척식 무인기 롤 모멘트 예측

Prediction of Rolling Moment for a Hand-Launched UAV Considering the Interference Effect of Propeller Wake

  • 우상만 (경상국립대학교 기계항공공학부 대학원) ;
  • 김동현 (경상국립대학교 항공우주및소프트웨어공학부, 항공기부품기술연구소) ;
  • 박지민 (경상국립대학교 기계항공공학부 대학원)
  • Sang-Mann, Woo (Graduate School of Mechanical, Aerospace, and Informatics Engineering, Gyeongsang National University) ;
  • Dong-Hyun, Kim (School of Aerospace and Software Engineering, Gyeongsang National University) ;
  • Ji-Min, Park (Graduate School of Mechanical, Aerospace, and Informatics Engineering, Gyeongsang National University)
  • 투고 : 2022.09.08
  • 심사 : 2022.10.18
  • 발행 : 2022.12.31

초록

본 논문에서는 CFD 기법을 활용하여 전기체 형상의 투척식 무인기 형상에 대해 고속 회전하는 프로펠러와 그로 인해 생성된 후류 간섭 효과를 고려한 비정상 유동해석을 수행하였다. 또한 다양한 투척식 이륙 조건에서 롤 모멘트 평형에 요구되는 에일러론 타각을 정확하게 예측하기 위해 실제 조종면 회전을 고려한 유동해석이 수행되었다. 투척식 소형 무인기의 경우 초기 이륙상태에서 롤 안정성을 증대시키기 위해 적절한 초기 에일러론 설정을 활용하는 것이 유용한 방식이며, 구축된 공력 데이터베이스를 사용하여 다양한 이륙속도와 받음각 조건들에 대해 롤 모멘트를 상쇄시킬 수 있는 에일러론 타각 조건들이 빠르게 예측 가능함을 보였다.

This paper explores three-dimensional unsteady computational fluid dynamic (CFD) analyses with an overset grid technique to analyse the wake effect created by a rotating propeller on a hand-launched unmanned aerial vehicle (UAV). Additionally, the influence of actual aileron deflection on the equilibrium condition of the rolling moment is examined in various hand-launched take-off conditions. The results of this study demonstrate the importance of initial aileron deflection in increasing the initial rolling stability during the hand-launched take-off process. Furthermore, an aerodynamic database is constructed to rapidly predict the aileron set values required for different take-off speeds and angle-of-attacks.

키워드

참고문헌

  1. Woo, S. M., Kim, D. H., and Kim, Y. R., "Investigation of Stall Prevention Condition for a Hand-Launched UAV Using Computational Fluid Dynamics," Journal of Computational Fluids Engineering, Vol. 26, No. 2, pp. 84~93, June 2021. https://doi.org/10.6112/kscfe.2021.26.2.084
  2. Park, J. M., Kim, D. H., and Park, H. J., "Prediction of Yawing Moment for a Hand-Launched UAV Considering Effect of Propeller Wake," Journal of KIMST, Vol. 24, No. 4, pp. 426-434. August 2021.
  3. Spalart, P. R., Allmaras, S. R., "A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows," AIAA-92-0439, 1992.
  4. Menter, F. R., Improved Two-Equation k-ω Turbulence Models for Aerodynamic Flows, NASA TM 103975, October 1992.
  5. Menter, F. R., "Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications," AIAA Journal, Vol. 32, No. 8, pp. 1598-1605, 1994. https://doi.org/10.2514/3.12149
  6. Menter, F. R., Langtry, R., and Volker, S., "Transition Modelling for General Purpose CFD Codes," Flow, Turbulence and Combustion, Vol. 77, No. 1, pp. 277-303, November 2006. https://doi.org/10.1007/s10494-006-9047-1
  7. Langtry, R. B. and Menter, F. R., "Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamic Codes," AIAA Journal, Vol. 47, No. 12, pp. 2894-2906, December 2009. https://doi.org/10.2514/1.42362