본 논문에서는 항공기의 제어 안정성(Control Stability)과 조종성(Controllability), 그리고 기계 하중을 줄여 구조와 공기역학적인 안정성을 향상시키기 위해 고양력장치(High-lift Device)인 플랩에 탭이 추가된 익형을 설계하였다. 이 과정에서 한정된 해석자원 때문에 많은 설계조건을 해석하는데 어려움이 있었다. 이를 해결 하기위해 얇은 익형 해석(Thin Airfoil Theory)을 이용하여 지정된 설계구속조건을 통해 시위선을 지정하고 이를 바탕으로 두께를 부여하여 최종적인 익형을 설계하였다. EDISON CFD 2.0 Solver를 이용해 최종 설계한 익형의 성능을 해석하였다. 이를 바탕으로 플랩만 존재하는 익형에 비해 양력손실률이 15%이하로 감소하고, 힌지 모멘트가 최소인 공기역학적 익형을 산출하였다.
현대의 고성능 전투기에 탑재되어 있는 전기식 비행제어계통(Digital Fly-By-Wire Flight Control System)은 항공기 조종면의 고장으로 인해 발생할 수 있는 항공기의 안정성을 보장하기 위해 조종면 형상 재구성 모드(Control Surface Reconfiguration Mode)가 설계되어 있다. T-50 제어법칙에는 단일 조종면이 고장 났을 경우, 정상작동중인 나머지 조종면을 이용하여 항공기를 원활히 조종할 수 있도록 형상 재구성 모드가 적용되어 있다. 본 논문에서는 항공기 운용 시 발생할 수 있는 조종면 결함으로 인해 형상 재구성 모드 제어법칙이 적용되었을 경우, 착륙외장형상에서 항공기 안정성을 해석하기 위하여 선형해석(Linear Analysis)을 수행하였다 그리고 착륙에 대한 비행성(Flying Quality) 저하여부를 판단하기 위해, HQS(Handling Quality Simulator)를 이용하여 조종사 시뮬레이션을 수행하였다. 해석결과, 조종면 고장으로 인해 제어법칙이 형상 재구성 모드로 전환될 경우, 항공기의 조종성 및 비행성의 저하가 다소 발생하였지만, HQS 조종사 시뮬레이션 결과 착륙과정에서는 비행성 요구도인 Level 1을 만족할 수 있었다.
조종실은 항공기-조종사 시스템에서 항공기와 조종사간의 긴밀한 상호작용이 이루어지는 유일한 공유영역으로서, 조종사의 인간성능 특성과 조종업무 특성의 체 계적 반영이 요구되어 진다. 인간공학적으로 설계된 조종실은 조종 편이성, 운용성 및 비행 안정성의 향상을 가져올 수 있다. 항공산업 육성의 초기 단계에 있는 국내 에서는 항공기 장비성능 개발 연구가 활발히 진행되고 있으나, 조종실에 대한 인간 공학적 분석 연구는 미흡한 실정이다. 조종사의 인간요소특성에 적합한 조종실 공 간을 체계적으로 설계하기 위하여, -조종실 공간 설계요소의 체계적 추출 및 계층적 구조 설정 -공간 설계에 적용될 인체측정요소의 정의 및 계층적 구조 설정, -설계요 소의 특성 파악을 위한 설계요소간 연관관계 분석, -설계요소와 인간요소간의 연관 관계 분석, -기존 전투기, 훈련기의 설계 제원 현황 및 설계지침 파악, -한국인 인체 측정자료의 Data Base화, -인간공학적인 조종실 공간 설계제원 분석을 수행하였다. 조종실 공간 설계요소로는 143 항목이 정의 되었으며, 설계요소들 간의 연관관계 Matrix 분석을 통하여 선행/병행/후행 설계요소 및 설계요소의 중요도가 파악되었다. 조종실 공간 설계에 적용될 인간 측정요소로는 133개 항목이 정의 되었으며, 설계요소 와 인간요소간의 연관관계 분석을 통하여 설계요소별로 고려되어질 인간요소를 분석 하였다. 또한 설계요소와 관련된 다른 설계요소, 인간요소 및 인체측정치, 설계지침을 종합적으로 적용함으로써 인간공학적인 조종실 공간 설계제원을 제시하였다.
유도탄 가속도 제어에 일반적으로 널리 사용되는 Three-Loop 조종 알고리듬은 유도탄에 탑재된 IMU에서 제공되는 가속도 및 각속도 정보를 사용한다. Three-Loop 조종 알고리듬에 입력되는 가속도 명령은 유도탄의 무게 중심에서 발생하는 가속도로 주어지기 때문에 IMU에서 획득되는 정보 역시 무게 중심에서의 값으로 주어져야 한다. 하지만, 유도탄의 내부 배치 설계나 추진기관의 연소 등에 의하여 IMU가 유도탄의 무게 중심이 아닌 임의의 위치에 배치되는 경우가 대부분이다. 본 논문에서는 Three-Loop 조종 알고리듬에서 피드백 되는 가속도 정보가 유도탄의 무게 중심이 아닌 임의의 위치에서 획득된 값일 경우, IMU 탑재 위치 및 유도탄 무게 중심 변화율이 유도탄 조종 알고리듬 안정성에 미치는 영향을 분석하였다. 일반적인 대전차 유도탄에 대하여 이득 및 위상 여유 분석을 수행하였다.
한국타이어 동역학연구팀은 약 10여년전 처음 독립부서로 만들어져 현재 실차 시험 전문 드라이버들을 포함해서 연구인력만 약 20여명 되는 연구팀으로 발전했다. 동역학연구팀에서 수행되고 있는 업무는 성능 별로 크게 쏠림, 조종안정성, 제동, 승차감 등으로 나뉠 수 있으나 이번 기회에는 주로 조종안정성에 대한 연구활동에 대해 소개하고자 한다.
When the aircraft is developed, several flight tests are performed including stability and controllability, performance and systems, above all the most important part of the flight test is stability test. Stability test is divided into two parts, static stability and dynamic stability. Static stability of the aircraft is typically defined in terms of its initial tendency to return to equilibrium after a disturbance and not included time concept. One of static stability, longitudinal static stability, was addressed here. The longitudinal static stability was studied from the basic theory to the flight test method and also explained data reduction method throughout the flight test. Finally showed how to meet the specifications such as ROC, FAR and MIL-specifications.
항공산업은 그 특성상 고도의 신뢰성, 안정성이 요구되며, 이를 충족시키기 위하여는 복잡하고 정밀한 구조를 가져야 하므로 다른 산업제품과는 비교가 안될 정도로 그부가가치를 가지고, 타 산업에의 기술 파급 효과가 역시 지대하다. 따라서, 우리나라와 같이 부존자원이 빈약하나 인적 자원이 우수하고 풍부한 나라에서는 자원절약형 산업인 항공산업의 타당성을 검토, 장기적인 육성방안을 수립하여 추진하는 것은 시대적인 요구라 할 수 있다. 이러한 요구에 따라 국방과학연구소에서 공군의 초, 중등훈련기 개발을 추진 중에 있음은 KFP(Korea Fighter Program)사업과 함께 매우 중요한 의미을 갖는다. 이와 같은 시점에서 한국인의 인체특성에 보다 적합한 항공기의 개발은 가장 시급한 과제이며, 이 문제점을 극복하기 위한 기본연구로 조종실 내부설계에 필요한 기준점 및 치수, MIL-SPEC에서 규정하고 있는 기준치를 분석하였으며 실제 항공기(F-5, F-4, F-16)칫수를 측정하여 이를 정면도, 측면도, 평면도로 제시하고, 항공기 제어계통인 조종간, 동력제어기, 러더페달 및 조종석의 실제 측정치와 공군 조종사의 인체측정치를 비교, 평가하였다. 또한 전투기들의 정면 계기판과 좌, 우측의 제어판의 표시장치 및 조작기들을 기능별로 구분하여 각 요소별 제한조건 및 설계지침들을 비교, 분석하였다.
아음속-초음속 패널법(panel method)을 이용하여 항공기의 정적 안정성 미계수와 동적 안정성 미계수 및 조종미계수를 예측할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 사용된 코드는 아음속-초음속 소스(source)와 말굽 와류(elementary horse shoe vortex)의 분포를 사용하고, 그 분포의 크기는 얇은 물체 근사(thin body approximation)을 적용하여 간략히 한 경계 조건을 이용하여 계산하였다. 항공기에 부착된 물체 좌표계에서 준정상(quasi-steady) 해석을 통해서 항공기 3축의 댐핑 계수를 예측하였다. 개발된 코드는 삼각날개(delta-wing)의 중립점(neutral point), 롤, 피치 댐핑 계수의 이론치와 비교하여 검증하였다. 마지막으로 F-18의 정적, 동적 안정성 미계수와 조종 미계수를 풍동 시험치와 계산치에 비교하여 개발한 코드의 정확성과 유용성을 확인하였다.
본 논문에서는 20 kg급 틸트-덕트 수직이착륙 비행로봇 개발을 위한 비행체의 설계, 제작 및 시험 결과를 제시한다. 틸트-덕트 비행체는 추력발생을 위한 두 개의 메인프롭과 피치축 자세 제어를 위한 후방프롭으로 구성된다. 비행체의 추력과 자세 안정성 향상을 위해 호버와 조종성 연구에 중점을 두었다. 비행체 조종 성능 개선을 위해 메인프롭 링키지 변경에 의한 롤축 안정성 영향, 작동기 변경에 따른 자세제어 성능, 외풍에 대한 덕트 유, 무상태의 영향 및 조종면 영향을 확인할 수 있는 안전줄 시험이 수행되었다.
IMO 조종성잠정기준 4가지 항목중, 특히 비대선형의 경우 침로안정성이 문제시될 수 있다. 본 연구의 목적은 타의 스팬길이에 따른 면적 변화가 침로안정성에 미치는 영향을 조사함으로써, 타면적 증감에 의한 침로안정성 개선 방법을 모색하고자 한다. 본 연구에서는 타직압력과 관련된 실험 정수들과 조종유체력미계수와의 관계를 정식화하였고, 타직압력과 관련된 각종 구속모형시험을 실시하여 타면적 변화에 따른 조정유체력미계수의 변화를 구하고, 이로부터 침로안정성을 비교, 분석하였다. 또한 조종성 시뮬레이션 기법을 이용하여 타면적 증감에 따른 조종성능 개선 효과를 검토하였다. 연구 결과, 타면적 증가는 침로안정성을 저해할 가능성이 있으며, 그 원인은 스팬길이 증가로 인한 타 상부와 선미 오버행 하부의 공간이 작아지기 때문이다. 이 공간은 조종운동시정류계수에 큰 영향을 미치며, 이것이 침로안정성과 관련된다는 것을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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