로터 후류와 외풍에 따른 무유도 로켓 궤적 변화 해석

김형석(Hyeongseok Kim),채상현(Sanghyun Chae),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.1

무장 헬리콥터에서 발사되는 무유도 로켓은 로터 블레이드에 의한 내리흐름과 전후좌우기동으로 인한 외풍에 의해 전체 궤적 및 사거리가 변화하므로, 내리흐름 효과를 고려하여 무유도 로켓의 궤적을 예측하는 것이 중요하다. 내리흐름 효과를 고려한 무유도 로켓의 궤적 및 사거리를 예측하기 위해, 본 연구에서 여러 외풍 조건에 따른 후류 영역을 Actuator Disk Model(ADM)로 계산하고 6 자유도 (6 DOF) 운동 해석으로 무유도 로켓의 자세 및 전체 비행 궤적을 예측할 수 있는 알고리즘을 개발하였다. 개발된 알고리즘은 ADM 해석 결과를 6 자유도에 반영하여 다양한 초기 발사조건에서 무유도 로켓의 전체 궤적을 예측할 수 있고, 기존 Inflow model을 이용한 내리흐름 해석과는 다르게 동체와의 간섭효과를 고려하여 비교적 정확한 내리흐름 및 다양한 외풍 환경 조건으로 궤적을 예측 할 수 있다. 개발된 알고리즘을 이용하여, 내리흐름 효과에 의한 무유도 로켓의 자세 및 궤적 변화 메커니즘을 유효 받음각 변화와 기수 자세 안정성으로 규명하였다. 그리고 외풍으로 인해 변화하는 내리흐름 효과를 고려하여 무유도 로켓의 궤적변화와 사거리를 계산한 결과, 후방 외풍 시 최대 13% 사거리 증가를 보였다. 사거리 증가의 주요 요인으로 내리흐름 영역과 강도, 부차적 요인으로 외풍과 동체와의 간섭효과, 동압의 크기인 것을 밝혔다. 또한 사거리 변화량이 가장 큰 후방 외풍에서, 후방 외풍의 풍속이 증가함에 따라 로켓의 사거리가 증가하였다. 하지만 특정 후방 외풍 크기 이상에서 더 이상 로켓 사거리가 증가하지 않는 한계를 보였다. Downwash from helicopter rotor blades and external winds from various maneuvering make an unguided rocket change its trajectory and range. For the prediction of the trajectory and range, it is essential to consider the downwash effect. In this study, an algorithm was developed to calculate 6-Degree-Of-Freedom(6 DOF) forces and moments exerting on the rocket, and total flight trajectory of a 2.75-inch unguided rocket in a helicopter downwash flow field. Using Actuator Disk Model(ADM) analysis result, the algorithm could analyze the entire trajectory in various initial launch condition such as launch angle, launch velocity, and external wind. The algorithm that considered the interference between a fuselage and external winds could predict the trajectory change more precisely than inflow model analysis. Using the developed algorithm, the attitude and trajectory change mechanism by the downwash effect were investigated analyzing the effective angle of attack change and characteristics of pitching stability of the unguided rocket. Also, the trajectory and range changes were analyzed by considering the downwash effect with external winds. As a result, it was concluded that the key factors of the rocket range change were downwash area and magnitude which effect on the rocket, and the secondary factors were the dynamic pressure of the rocket and the interference between a fuselage and external winds. In tailwind case which was much influential on the range characteristics than other wind cases, the range of the rocket rose as increasing the tailwind velocity. However, there was a limit that the range of the rocket did not increase more than the specific tailwind velocity.

수직이착륙 틸트-덕트 비행로봇 외풍 안정성 향상 연구

이치훈,장성호,이명규 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

비행로봇의 덕티드-프롭 형상은 제자리 비행시 외풍에 대하여 상당히 취약한 형상을 가지고 있다. 제자리 비행 성능 해석 결과 유동방향의 급격한 변화로 인하여 모멘텀 항력 증가 및 노즈 업 피칭 모멘트가 발생하였으며, 운용조건인 5m/s의 외풍에 대하여 제자리 유지 비행에 어려움이 발생하였다. 본 연구에서는 외풍 안정성 향상을 위한 다양한 형상 파라메트릭 스터디를 수행하여 그 결과를 분석하였다. Ducted prop configuration of VTOL aerial robot has a high vulnerability for wind crosswind at hovering flight condition. In this study, hover performance analysis for tilt-duct aerial robot was conducted. The results showed that nose-up pitching moment and momentum drag are occurred due to the abrupt change of flow direction in the inlet of the duct. During the tie-down flight tests of tilt-duct aerial robot, it was shown that maintaining the hovering flight at corsswind of 5m/s is not possible. The parametric study was also carried out in order to improve stability for corsswind.

수직이착류 추진용 덕티드팬 무인항공기의 외풍이 존재할때 팁간극의 영향에 대한 전산해석

류민형,조이상,조진수 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

덕티드팬 추진 시스템은 로터가 덕트내에 위치하기 때문에 높은 효율과 다른 무인항공기에 비해 안전한 장점을 가지고 있다. 그렇지만 덕티드팬은 제자리 비행 및 제자리 비행에서 전진비행으로 변환시 외풍 난류가 존재하게 될 경우 추력 및 성능에 취약하다는 단점을 가진다. 본 연구에서는 ANSYS社의 CFX를 사용하여 외풍이 존재할 때 팁간극의 영향에 대한 전산해석을 수행하였다. 팁간극은 1~3mm로 변화 시켰으며 외풍의 방향은 0~90°로 변화 시켰다. 풍동시험을 통해 전산해석 결과를 검증하였다. Since the rotor blades are located in duct, the UAV which uses ducted fan propulsion system is more efficient and safer than the other conventional UAVs. However, the ducted fan is weak for crosswind turbulence in hovering flight and transition flight. In this study, tip clearance effect of a ducted fan in crosswind turbulence is analyzed using the commercial software ANSYS-CFX. The tip clearances of a ducted fan are changed from 1mm to 3mm in crosswind turbulence. The inflow angles of a ducted fan are 0°, 90°. The experimental and computational results showed good agreement, and these results can be using for control of ducted fan UAV.

로터 후류와 외풍에 따른 무유도 로켓 사거리 변화 해석

김형석(Hyeongseok Kim),채상현(Sanghyun Chae),이관중(Kwangjung Yee) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2017 No.4

초고층 건물의 외풍에 의한 높이별 환기 특성 연구

성화현(Hwa-Hyun Seong),김영일(Youngil Kim),정광섭(Kwang-Seop Chung) 대한설비공학회 2013 대한설비공학회 학술발표대회논문집 Vol.2013 No.6

The effect of external wind on ventilation of a 300 m high-rise building is investigated in this study. Wind pressure coefficients for normal and 45° wind directions with velocities 10, 20 and 30 m/s are calculated for a box type high-rise building using CFD. Fan performance and pressure drop of a heat recovery ventilation system and fenestration are modelled. Flow rates and pressure drops are calculated for all flow paths with EES(Engineering Equation Solver). Results show that air change rates increase for higher wind velocities and heights. Since ventilation is strongly affected by external winds, it is important to design appropriate flow paths for high-rise buildings.

수치해석을 이용한 초고층 주거건물에서 외풍영향에 의한 외벽 압력 분포 분석

김치완(Chiwan Kim),양순창(Soonchang Yang),안영철(Youngchull Ahn) 대한설비공학회 2011 설비공학 논문집 Vol.23 No.10

The object of this study is to analyze and evaluate outdoor wind pressure effect in a high-rise residential building when seasonal wind blow on coast area. The target building consists of 3 tower buildings over 250m in height. For the evaluation of the outdoor wind effect, CFD simulation was performed. The results of the simulations are as follows:1) In that case of high-rise building, horizontal stream is more affected than vertical stream. 2) In case of summer season northeasterly wind, building pressure distributions are unstable and surface pressures of outside are effected respectively. 3) In case of winter season westerly wind, building preassure differentiations are not so much because of screening effects of the B, and the C buildings. 4) In case of winter season northwesterly wind, front wind affects on the A building directly because of no obstacles.

틸트-덕트 수직이착륙 비행체의 외풍 안정성 시험

장성호(Sungho Chang),조암(Am Cho),최성욱(Seongwook Choi) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.11

초고층 공동주택의 실외기 기류 패턴에 따른 성능 효율 분석

이종상(Lee, Jong-Sang),전흥찬(Chun, Hung-Chan),류하영(Ryu, Ha-Young),최영범(Choi, Young-Bum),최두성(Choi, Doo-Sung),조균형(Cho, Kyun-Hyung) 대한건축학회 2012 대한건축학회 학술발표대회 논문집 Vol.32 No.2

고층 건물의 실외기실에 위치한 응축기 성능분석

최석호,이관수,김병순 대한설비공학회 2003 설비공학 논문집 Vol.15 No.7

The performance of the condenser installed in the air-conditioning plant room of a high-rise building was studied numerically. The effect of the draft direction on the performance of an air-conditioner was analyzed. The on-coil temperature of the condenser was investigated by varying the arrangement and location o( the condenser in the air-conditioning plant room. The performance of an air-conditioner was also evaluated by using COP (coefficient of performance) and CGPI (condenser group performance indicator). The condenser in an air-conditioning plant room should be arranged in such a manner that the fan of the condenser is facing the outside of the building to exhaust the hot air directly, The model by which the condenser is located at the lower-left end of an air-conditioning plant room can prevent the hot air from reentering, and allow indrafting of fresh air. When the direction of draft is to the frontal face of the building, the performance of the condenser above 30th floor is degraded.