본 논문에서는 헬리콥터 전진비행 조건에서 플래핑모션에 대하여 축소 로터 실험을 통하여 실험결과와 이론적인 예측결과를 비교하였다. 축소로터 성능 실험은 충남대학교 아음속 풍동에서 수행하였으며 1.8 x 1.8m의 개방형 시험부를 사용하였다. 전진비행조건에서의 실험 결과에 의하면 축소로터의 전진비행조건에서의 추력 결과를 고정한 조건에서 동력계수는 차이가 있는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 공력 성능 측정 결과와 이론적인 예측결과의 비교를 통하여 헬리콥터의 플랩핑 각도의 범위에 대하여 비교하여 보았다. Coning 각도, 횡방향과 종방향에 대한 플래핑 각도에 대해서는 실험결과와 예측결과의 유사함을 확인하였다.
In the present study, a wind tunnel test for a rotor-blade configuration was conducted to investigate a basic aerodynamic performance and a effect of the cross wind. The diameter of the configuration was 1.46 m and the test was carried out for both a clean and a tripped configurations. The boundary layer for the trip configuration was simulated by zig-zag tape and the test performed on constant-velocity and constant-rotational modes. It was shown that the test result for the tripped configuration reduces the maximum power coefficient by 9.4% ~ 12.1% compared to the clean one. Within $5^{\circ}$ of the flow angle, there is no significant loss of power, however, the coefficient is reduced by 5.3% ~ 36.7% in the range of $10^{\circ}{\sim}30^{\circ}$.
CFD simulation for one of tilt-rotor UAV configurations, TR-E2S1, was performed to investigate its aerodynamic characteristics. Control surfaces such as elevator and rudder were deflected and wing incidence angle was changed. Also aerodynamic stabilities were analyzed with the variation of pitch and yaw angles. The comparison of CFD with wind tunnel test results reveals the same trends in the aerodynamic characteristics and stabilities. However 12% scale wind tunnel test model is too small for accurate data collection and should build a high fidelity model for quantitative data comparison.
In spite of fast growing of prediction codes, there is still not negligible uncertainty in their results. This uncertainty affects on the turbine structural design and power production prediction. With the growing size of wind turbine, reducing this uncertainty is becoming one of critical issues for high performance and efficient wind turbine design. In this respect, there are international efforts to evaluate and tune prediction codes of wind turbine. As the reference data for this purpose, field test data is not appropriate because of its uncontrollable wind characteristics and its inherent uncertainty. Wind tunnel can provide controllable wind. For this reason, NREL has done the full scale test of the 10m turbine at NASA-Ames. With this reference data, a blind comparison has been done with participation of 18 organizations with 19 modeling tools. The results were not favorable. In Europe, a similar project is going on. Nine organizations from five countries are participating in the MEXICO project to do full scale wind tunnel tests and calculation with prediction codes. In this study. these two projects were reviewed in respect of wind tunnel test and its contribution. As a conclusion, it is suggested that scale model wind tunnel tests can be a complementary tool to calculation codes which were evaluated worse than expected.
로터의 성능 예측 검증을 위해 tilt rotor aeroacoustic model(TRAM)에 대한 3차원 CFD 해석을 수행하였고 로터 파워 효과에 의한 영향을 분석하기 위해 수치해석을 행하였다. 수치 기법은 multiple reference method(MRF)와 sliding mesh technique을 사용하였다. TRAM 실험치와 비교 결과 정지 비행시에는 수치해석이 실험보다 적은 추력을 예측하였고 전진 비행시에는 실험결과와 매우 유사한 결과를 예측하였다. 로터효과를 고려한 비행체의 양력은 감소하고 항력 및 피칭 모멘트는 거의 변화가 없는 것으로 판단된다.
Wind tunnel testings to develope tilt-rotor Smart Unmanned Aerial Vehicle (SUAV) were intensively performed. Small wind tunnel was used to find and evaluate design parameters and to fix general layout of configuration. The application of large tunnel with 40% scaled model is to collect performance and stability related aerodynamic data. During large scale model test wind tunnel is used as a tool to compare Flaperon types, to improve lift characteristics by using different height vortex generators and to alleviate nacelle separated flow effects on the wing.
본 연구에서는 회전익기 통합 해석 코드인 CAMRAD II를 이용하여 풍동 시험용 Lift-offset 동축 반전 로터의 성능 및 허브 진동 하중 해석을 수행하였다. 본 논문에서는 전체 로터의 추력을 트림 목표 값으로 사용하는 트림 조건 및 상/하 로터 각각의 추력을 트림 목표 값으로 이용하는 트림조건을 사용하였다. 두 종류의 트림 기법에 대하여 다양한 전진비 및 Lift-offset 값을 고려하여 해석을 수행하였고, 계산된 결과를 선행연구의 풍동 시험 및 해석 결과와 상호 비교하였다. 두 종류의 트림 기법을 이용한 연구 결과에서 모두 다양한 전진비 및 Lift-offset 값에 대하여 상/하 로터 각각의 양력, 토크 및 전체 로터의 로터 유효 양항비가 선행연구의 풍동 시험 결과와 유사함을 확인하였다. 또한 로터의 2P 허브 진동 하중 해석 결과를 기반으로 Lift-offset 동축 반전 로터 허브의 진동 하중 특성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 CAMRAD II를 이용한 풍동 시험용 Lift-offset 동축 반전 로터의 모델링 및 해석 기법을 적절히 구축하였으며, 성공적으로 검증하였다.
스마트무인기 파워효과 풍동시험은 2005~2006에 3달여간 항공우주연구원 중형아음속풍동에서 수행되었다. 풍동시험 모델은 정적시험 모델을 활용하였고, 틸트로터 형태의 추진장치를 시험부에 고정하여 파워효과를 모사하였다. 파워효과는 기본적으로 로터가 장착된 시험과 로터가 장착되지 않은 시험의 차로 구해지나, 이 때 두 시험간의 흐름각 차이 및 지지부 간섭량 변화 등을 적절히 보정하여야 한다.
축소화된 사각형 및 패들형 블레이드, 금속재 및 복합재 허브와 같은 물리적인 축소형 형상의 변화에 따른 실물크기 무힌지 로터의 하중특성에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 축소형 로터 모델을 활용한 정적시험, 지상 및 풍동시험을 수행하였다. 정적시험은 구조강성 및 관성특성, 고유진동수 및 감쇄율을 확인하기 위해 수행하였으며, 지상 및 풍동시험은 정지 및 전진 비행조건에서 안정성 및 공력특성을 확인하기 위해 수행하였다. 시험결과에 따르면, 동일한 조건에서 축소형 복합재 허브와 패들형 블레이드를 결합한 경우가 수직하중이 더 높았다. 축소형 복합재 허브와 패들형 블레이드가 결합된 형태가 금속재 허브의 결합된 형태보다 패들형 블레이드의 운동을 더 유연하게 구속하고 있음을 확인할 수 있었다.
풍동에서 측정된 공력자료에는 풍동벽면의 영향으로 인하여 불가항력적인 오차가 포함되어 있다. 벽면영향이 없는 공력자료를 얻기 위해서는 이러한 원하지 않는 벽면효과를 제거 하여야 한다. 유선곡률 효과는 풍동벽면의 영향으로 유선의 곡률이 자유 흐름의 것과 다르기 때문에 발생한다. 고정익 항공기에 사용되고 있는 전통적인 유선곡률 효과를 보정방법인 Glauert의 보정방법은 회전익 항공기에 적용이 적절하지 않다. 본 논문에서는 로터에 적절한 후류모델을 사용하는 Heyson의 보정방법을 사용하여 로터축 기울어짐 각과 동압을 보정하였다. Heyson 보정방법의 결과를 Glauert 보정방법의 결과와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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