• 한국항공우주학회지
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• 제48권8호
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• pp.597-609
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• 2020

동축 로터 시스템은 기존의 헬리콥터뿐만 아니라 드론, PAV, 차세대 고속 회전익기 및 화성탐사용 헬리콥터에 적용되는 등, 활용 분야가 점점 넓어지고 있다. 로터 시스템의 성능 연구는 기존 연구에서 동축 로터를 대상으로도 여러 차례 수행되었으나, 로터 블레이드의 변형에 대한 연구는 주로 단일 로터 시스템만을 대상으로 진행되었다. 하지만 동축 로터 시스템에서는 주변에서 발생하는 유동이 복잡하며, 두 로터의 간격이 로터 시스템 전체의 성능에 주요한 영향을 주므로 블레이드의 변형 연구가 더욱 중요하다. 이에 본 연구에서는 최신식 고속 영상촬영 기법 중 하나인 SPR(Stereo Pattern Recognition) 기법을 사용해 동축 로터 블레이드의 변형 측정에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 본 연구에는 한국항공우주연구원에서 개발한 축소 동축 로터 시험장치가 사용되었으며, 로터 블레이드의 변형과 성능의 연관성을 고찰하기 위해 동축 로터 시스템의 성능시험이 선행되었다. 해당 시스템의 로터 블레이드 변형을 SPR 기법으로 측정한 결과는 사전에 진행된 성능시험 결과와 함께 본 논문에 제시되었다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권1호
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• pp.154-164
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• 2017

This work conducts a validation study for the XH-59A helicopter using a rigid coaxial rotor system in order to establish the techniques of the conceptual design and performance analysis for the lift-offset compound rotorcraft. As a tool for conceptual design and performance analysis, NDARC (NASA Design and Analysis of Rotorcraft) is used for the present study. An assumed mission profile is considered for the conceptual design of the XH-59A. As a validation result of the design, the dimensions and weight of the XH-59A are appropriately designed when compared to the target values since the relative error is less than 0.5%. Then, performance analyses are conducted for the designed XH-59A model with and without auxiliary propulsion in hover and forward flight conditions. The present analyses show good validity since the prediction results compare well with both the flight test and previous analyses. Therefore, the techniques for the conceptual design and performance analysis of the lift-offset compound helicopter are overall considered to be appropriately established. In addition, this study investigates the influence of the lift-offset on the rotor effective lift-to-drag ratio of the XH-59A helicopter with auxiliary propulsion. As a result, the improvement of the rotor effective lift-to-drag ratio can be obtained by appropriately increasing the lift-offset in high-speed flight.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권1호
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• pp.75-84
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• 2021

저자는 이전 두 편의 논문[1,2]을 통하여 미국과 유럽의 헬리콥터/회전익 개발에 대한 현황을 발표하였다. 그러나, 최근 세계적으로 진행되고 있는 차세대 회전익의 개발은, 이제까지 전통적으로 사용되었던 헬리콥터의 단점을 보완하는 새로운 형상(틸트 로터, 동축반전, 복합형)의 회전익 수직 이착륙기들이 나타나고 있다. 이러한 새로운 형상의 회전익 개발을 위해서는, 이제까지 전통적인 헬리콥터 개발에 사용되었던 기본개념설계/통합해석 프로그램을 한 단계 업그레이드한 새로운 설계/해석 프로그램이 필요하다. 미국과 유럽에서는 이미 반세기 이상 자체 축적되었던 기술 및 데이터 베이스를 이용하여 새로운 개발 프로그램들이 만들어지고 있다. 국내에서도 지난 20여 년간 헬리콥터와 다양한 형상의 회전익 개발이 이루어지면서 국내 연구진들에 의해 요소기술(공력, 구조해석 및 동역학, 비행역학, 소음해석 등 분야)들이 개발되었고 여전히 진행 중이다. 이들 개발된 요소기술들의 성숙도는 해외 선진국에 상응하는 정도이다. 본 논문에서는 미국/유럽에서 사용되고 있는 차세대 회전익 개발에 사용되는 기본개념설계/통합해석 프로그램들에 대한 장/단점들을 요약해 보고, 또한 앞에서 언급한 국내 연구진들에 의해 축적된 기술들에 대한 평가와, 이들을 통합하여 우리자체의 기본개념설계/통합해석 프로그램을 개발하는 가능성과 문제점들을 조사해 보았다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권5호
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• pp.364-370
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• 2019

본 연구에서는 능동적인 블레이드 제어기법인 개별 블레이드 제어(Individual Blade Control, IBC) 기법을 적용하여 고속비행 시 동축반전 회전익기의 허브 진동하중을 억제하기 위한 최적 제어입력을 탐색하였다. 통합 공탄성 해석 프로그램인 CAMRAD II를 이용하여 동축반전 회전익기인 XH-59A를 모델링하고 다양한 IBC 입력 조건에 대하여 파라미터 연구를 수행하였다. 파라미터 조절 연구를 통하여 허브 진동억제 성능을 구한 결과, 3/rev 가진 주파수의 $0.5^{\circ}$ 진폭에 $300^{\circ}$ 위상각을 갖는 IBC 제어 입력을 적용할 경우 기준 대비 진동 수준이 최대 50% 감소하는 것을 확인하였다. 진동 억제 성능은 후류 간섭에서 보다 자유로운 상부로터에서 6% 가량 하부로터보다 크게 나타났다. 로터의 전진면에서만 IBC 입력를 가진하는 경우에는 조화 가진 입력과 동일한 입력을 가할 경우 진동 수준이 최대 17% 정도 추가적으로 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 진동 감소는 전진면만을 대상으로 적은 에너지 투입 비용으로 달성한 특징이 있다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제13권3호
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• pp.56-63
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• 2019

최대이륙중량 600 kg급의 멀티콥터형 PAV(Personal Air Vehicle)에 사용될 프로펠러의 성능해석을 하였다. 배터리의 중량을 고정하고 최대중량 변화에 따른 정지비행 가능 시간을 추정하기 위하여 Actuator disc 해석과 CFD 해석을 병행하여 수행하였고 결과를 비교하였다. 동축반전형 프로펠러 사이의 유동간섭 영향을 고려하기 위하여 유도동력 간섭계수(kint)를 도입하였고, 이를 이용하여 하나의 프로펠러에 대한 해석 결과로 동축 반전 프로펠러의 성능을 추정하였다. 피치각을 변화시키며 전산해석을 수행하여 Figure of Merit (FM)이 최대가 되는 피치각의 범위를 찾았으며 요구추력에 대한 프로펠러의 설계 RPM을 역 추적하였다. 연구결과는 현용 배터리의 비에너지 밀도로 대형 멀티콥터의 비행시간은 매우 한정적이며 프로펠러 간섭계수의 값을 줄이기 위한 피치 및 프로펠러 간격 설정이 중요하다는 것을 보여준다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제24권4호
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• pp.357-367
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• 2021

This paper studies the simulations of active airframe vibration controls for the Sikorsky X2 helicopter with a lift-offset coaxial rotor. The 4P hub vibratory loads of the X2TD rotor are obtained from the previous work using a rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD II. The finite element analysis software, MSC.NASTRAN, is used to model the structural dynamics of the X2TD airframe and to analyze the 4P vibration responses of the airframe. A simulation study using Active Vibration Control System(AVCS) with Fx-LMS algorithm to reduce the airframe vibrations is conducted. The present AVCS is modeled using MATLAB Simulink. When AVCS is applied to the X2TD airframe at 250 knots, the 4P longitudinal and vertical vibration responses at the specified airframe positions, such as the pilot seat, co-pilot seat, engine deck, and prop gearbox, are reduced by 30.65 ~ 94.12 %.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권12호
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• pp.997-1004
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• 2020

Synchropter는 서로 경사진 한 쌍의 회전날개가 동조 교차 회전하는 회전익 항공기의 일종으로 동축반전 헬리콥터와 마찬가지로 꼬리 회전날개를 제거할 수 있어서 효율적이며 간결한 형태의 비행체 구성이 가능하다. 드론 체계로서의 적합성을 검토하기 위하여 소형 Synchropter를 설계, 제작하여 비행시험을 수행하였다. 설계한 Synchropter는 로터 직경이 1.4m이며 중량이 7kg인 소형비행체로서 효율적으로 비행 특성을 확인하기 위하여 상용부품 기반으로 제작하였다. 비행 제어 시스템은 Open Architecture인 Pixhawk를 기반으로 구성하였으며, Sychropter 제어법칙을 PX4 펌웨어에 탑재할 수 있도록 개발하였다. 정성적 비행시험을 통해 Synchropter의 비행 특성을 분석하였으며, 분석 결과, 드론 체계로서의 활용 가능성을 파악할 수 있었다.