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전익기형 무인기의 비행 안정성 향상을 위한 형상 최적화 연구
성동규(Dong-gyu Seong),줄리안 나드히(Nadhie Juliawan),장막심(Maxim Tyan),김상호(Sanho Kim),이재우(Jae-woo Lee) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.10
본 논문에서는 전익기형 무인기의 비행 안정성 확보를 위한 날개 평면형상 및 비틀림 각을 포함하는 형상최적화 연구를 수행하였다. 전익기는 독립된 동체와 꼬리날개가 없어 공력특성과 스텔스성능에 장점이 있는 반면, 정적 여유 및 비행 안정성 확보가 어렵다. 본 연구에서는 가로 안정성 개선을 위하여 비틀림 각과 후퇴각을 최적화 하였으며, 세로 안정성은 정적 여유와 날개 평면형상을 최적화 하여 향상시키고자 하였다. 비틀림 각의 영향은 윙렛이 장착된 형상과 비틀림 각이 있는 형상의 안정성을 비교하여 확인하였다. 최적화 문제구성에는 안정성 개선에 초점을 두어 제약조건을 수립하고 목적함수와 설계 변수를 설정하였으며, 설정된 설계 변수에 대하여 Sobol 방법을 이용해 민감도 해석을 수행하였다. 공력해석 및 안정성 해석에는 AVL이 사용되었으며, 최적화 방법으로는 SQP를 사용하였다. 최적화 결과 형상에 대한 CFD 해석 및 동안정성 시뮬레이션을 통해 비틀림 각이 윙렛을 대신하여 전익기의 스텔스 성능 향상뿐만 아니라 비행안정성 개선에도 적용될 수 있음을 검증하였다. In this study, the twist angle and wing planform shapes were selected as design variables and optimized to secure the stability of the flying-wing type UAV. Flying-wing aircraft has no separated fuselage and tails, which has advantages in aerodynamic characteristics and stealth performance, but it is difficult to secure the flight stability. In this paper, the sweep back angle and twist angle were optimized to obtain the lateral stability, the static margin and wing planform shapes were optimized to improve the longitudinal stability of the flying-wing, then effect of the twist angle was confirmed by comparing the stability of the shape with the winglet and the shape with the twist angle. In the optimization formulation, focusing on improving stability, constraints were established, objective functions and design variables were set, then design variable sensitivity analysis was performed using the Sobol method. AVL was used for aerodynamic analysis and stability analysis, and SQP was used for optimization. The CFD analysis of the optimized shape and the simulation of the dynamic stability proved that the twist angle can be applied to the improvement of the lateral stability as well as the stealth performance in the flying-wing instead of the winglet.
이정훈 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11
전익기는 항공시대 초기부터 잘 알려진 바와 같이 꼬리날개 없게 설계된 형상의 항공기이다. 전익기는 고정익 항공기에 있어서 최저의 항력 때문에 공기역학만을 고려할 때 이론적으로 가장 효율적인 설계형상이다. 날개-동체 통합형 항공기는 비교적 새로운 항공기 개념인데, 전익기에서 유래되었다. 두꺼운 날개꼴의 중앙부위에 승객과 화물 등의 탑재 대상을 수용하며, 잠재적으로 화물운송이나 공중급유 등 민수 또는 군용 수송기로 사용 가능하다. 본 논문은 종래의 고정익 항공기와 상이한 형태인 날개-동체 통합형 항공기에 대하여 미국에서의 개발 동향을 설명하고 있다. A flying wing is a type of tail-less aircraft design and has been known since the early days of aviation. It is presented as theoretically the most efficient design configuration considering the aerodynamics, because of lowest drag, for a fixed wing aircraft. The Blended Wing Body (BWB) is basically one of a flying wing type with the payload, i.e., passengers and cargo, enclosed in the thick, airfoil shaped, center section. The BWB is a relatively new aircraft concept that has potential use as a commercial or military transport aircraft, cargo delivery, or as a fuel tanker. This paper presents the BWB aircraft, which is different configuration hitherto fixed aircraft, for the development trend of the United States.
이정훈(Lee, Junghoon) 한국항공우주연구원 2013 항공우주산업기술동향 Vol.11 No.1
전익기는 항공시대 초기부터 잘 알려진 꼬리날개 없게 설계된 형상의 항공기이다. 고정익 항공기에 있어서 최저의 항력 때문에 공기역학을 고려할 때 이론적으로 가장 효율적인 설계 형상이다. 날개-동체 통합형 항공기는 전익기에서 유래되었는데, 비교적 새로운 항공기 개념이다. 두꺼운 날개꼴의 중앙부위에 승객과 화물 등의 탑재 대상을 수용하며, 잠재적으로 화물운송이나 공중급유 등 민수 또는 군용 수송기로 사용 가능하다. 본 논문은 종래의 고정익 항공기와 상이한 형태인 날개-동체 통합형 항공기의 개념, 역사, 장점 및 단점, 그리고 미국을 비롯한 여러 국가에서의 개발 동향을 설명하고 있다. A flying wing is a type of tail-less aircraft design and has been known since the early days of aviation. It is presented as theoretically the most efficient design configuration considering the aerodynamics, because of lowest drag, for a fixed wing aircraft. The Blended Wing Body (BWB) is basically one of a flying wing type with the payload, i.e., passengers and cargo, enclosed in the thick, airfoil shaped, center section. The BWB is a relatively new aircraft concept that has potential use as a commercial or military transport aircraft, cargo delivery, or as a fuel tanker. This paper presents the BWB aircraft, which is different configuration hitherto fixed aircraft, for the concept, its history, the advantage and the disadvantage, and the development trend of various kind of country including the United States.
이재문(J.M. Lee),장조원(J.W. Chang) 한국전산유체공학회 2006 한국전산유체공학회지 Vol.11 No.4
A computational study was carried out in order to investigate aerodynamic characteristics on leading edge sweepback angles of Flying-Wing configurations. The viscous-compressible Navire-Stokes equation and Spalart-Allmaras turbulence model of the commercial CFD code were adopted for this computation analysis. This investigation examined aerodynamic characteristics of three different types of leading edge sweepback angles: 30°, 35° and 40°. The freestream Mach number was M=0.80 and the angle of attack ranged from a=0° to a=20°. The results show that the increases in sweepback angle of the Flying-Wing configuration creates more efficient aerodynamic performance.
Embedded Type 분산 추진 장치의 입·출구 형상 및 위치 변화에 따른 융합익기의 공력해석
김효섭(Hyo-Seop Kim),최현민(Hyun-Min Choi),조진수(Jin-Soo Cho) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.6
무인항공기의 정찰 및 정보 수집 능력을 효율적으로 수행하기 위해 장기 체공 능력이 요구된다. 분산 추진 장치는 대형 추진 장치를 복수의 소형 추진 장치들로 대체하여 추력을 얻는 장치이다. 날개의 스팬 길이를 따라 넓게 분포하여 효율이 증가하며, 유동의 흡입을 통해 경계층을 제어하고 출구에서 분사되는 흐름이 항공기에 부착되어 흐르기 때문에 양항비가 증가한다. 본 연구에서는 전익기·융합익기와 분산 추진 장치가 장기 체공 성능을 향상시키는 점에 착안하여 연구를 수행하였다. Eppler 337 에어포일 유닛에 추진 장치의 위치 및 입·출구 가로세로비 변화에 따라 나타나는 공력특성을 분석했다. CFD를 사용하여 공력해석을 수행하였고, 빠른 해석 결과를 얻을 수 있도록 팬 영역에 작동판 이론을 적용하였다. 양항비와 모멘트 비교를 통해 추진 장치의 위치 및 형상을 결정하고자 한다. UAVs for reconnaissance and intelligence operations require long endurance capability, which demands high efficiency of the propulsion system. The distributed propulsion system(DPS) generates the thrust by replacing a large propulsion system with a number of small propulsion systems. A DPS distributed along the wing span can produce gains in propulsion efficiency by reducing ejection velocity. Also, the ingestion of boundary layers through the distributed DPS inlet and ejecting flow from the outlet can improve the lift to drag ratio of the vehicle. This study investigates the effects of locations and size of the inlet and outlet of the DPS on the blended-wing-body design based on Eppler 337 airfoil, with a CFD tool. The fans in the DPS are modeled as actuator disks for computational efficiency. The best location and aspect ratio of the inlet and outlet are found from lift-to-drag ratio and pitching moment considerations.