The Journal of the Convergence on Culture Technology (문화기술의 융합)

The International Promotion Agency of Culture Technology (국제문화기술진흥원)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Study of Longitudinal Stability of eVTOL UAM with Tilt Rotor and Tandem Wing

Tilt Rotor와 Tandem Wing을 적용한 eVTOL UAM의 세로안정성 연구

  • 주찬영 (한서대학교 항공기계학과) ;
  • 김하민 (한서대학교 항공기계학과) ;
  • 김민재 (한서대학교 항공기계학과) ;
  • 민경순 (한서대학교 의료복지공학과)
  • Received : 2023.10.03
  • Accepted : 2023.11.05
  • Published : 2023.11.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

To improve the lift, cruise speed, and range of eVTOL aircraft, which are being considered as future transportation vehicles, this paper introduces the concepts of Tilt Rotor and Tandem Wing to the aircraft. We developed an aircraft and conducted flight experiments to obtain flight videos and flight logs. The results of the analysis of the flight videos and flight logs showed that the aircraft's moment was excessively forward and the attitude was not recovered. To address this problem, we modified the wing incidence angles and surface areas in XFLR5 to obtain the optimal pitching moment coefficients to ensure vertical stability. We then analyzed the redesigned aircraft, developed using CATIA, through XFLR5. The results of this study provide valuable insights, suggesting that the incorporation of Tilt Rotor and Tandem Wing designs can contribute to achieving stable pitching moment coefficients. This innovative approach offers a promising avenue to significantly enhance vertical stability in UAM vehicles, paving the way for future advancements in the field.

미래 운송수단으로 거론되는 UAM을 중심으로 함께 주목받는 eVTOL 항공기의 양력과 항속속도 및 항속거리 증대를 위해 Tilt Rotor와 Tandem Wing 개념을 본 논문의 기체에 도입했다. 기체를 제작 및 비행 실험을 진행하여 비행 영상과 비행 로그를 확보했다. 비행 영상과 비행 로그를 분석한 결과 기체 모멘트가 과도하게 앞으로 쏠리는 현상이 발생했고 자세가 회복되지 않음을 파악했다. 이에 XFLR5에서 날개 붙임각과 면적을 변경하며 기체의 세로안정성을 확보하기 위한 최적의 피칭 모멘트 계수를 도출되도록 CATIA를 통해 설계된 기체를, XFLR5로 해석했다. 본 연구의 결과는 Tilt Rotor와 Tandem Wing이 적용된 기체가 안정적인 피칭 모멘트 계수를 가질 수 있도록 도움을 주며, 이를 통해 세로안정성을 더욱 향상할 수 있는 새로운 방안을 제시했다.

Keywords

References

  1. D. W. Kim H. W. Heo, S. S. Yu, D. M. Kim, H. W. Lee, "Analysis of The Static Longitudinal Stability for The Solar Powered Hybrid Aircraft having Joined-Wing", 2011 KSAS Fall Conference, KSAS, 2011, pp. 389.
  2. O. S. Ahn, J. M. Kim, "Synthetic Overview on the Dispute about Tiltrotor Technology and Flight Safety", Aerospace Engineering and Technology, 2008, vol. 7, pp. 257-259.
  3. Stephen Arthur Andrews, Ruben E. Perez, "Analytic study of the conditions required for longitudinal stability of dual-wing aircraft", Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 2017, Volume 232, Issue 5, pp.17-18. DOI: http://dx.doi.org/10.1177/0954410017704215
  4. Karthik M A, Adithya H V, Ankeet M Purantagi, Hari R K, C V VINAY Kumar, "Analysis and Selection of Airfoil sections for Low Speed UAV's", International Journal of Latest Engineering Research and Applications, 2018, Volume 3, Issue 5, pp.40-41, 46-49. DOI: http://ijlera.com/papers/v3-i5/7.201805099.pdf
  5. O. S. Ahn, S. O. Cho, J. M. Kim, "Air-vehicle Sensitivity Study of Tilt-Rotor Configuration based on Payload, Cruise Speed, and Wing Aspect Ratio", 2003 KSAS Fall Conference, KSAS, 2013, pp. 475-476.
  6. Y. I. Jung, J. H. Cho, J. S. Cho, "Steady Aerodynamic Characteristics and Longitudinal Stability of a Tandem Wing", 2006 KSAS Spring Conference, KSAS, 2006, pp. 444-446.
  7. J. C. Kim, M. H. Sung, S. H. Han, H. C. Gong, "A study of on Freeware CFD(Computational Fluid Dynamics) Tools(AVL, XFLR5), before Designing of a Flying Wing Quadrotor Controller", 2006 KSAS Fall Conference, KSAS, 2016, pp. 1143-1146.