6분력 내장형 밸런스 시스템 구축 및 캘리브레이션 프로세스 개발에 관한 연구 = Study on the Development of 6-Component Internal Balance System and Calibration Process

국문 초록 (Abstract)

전 세계적으로 기존 항공기를 비롯하여 다양한 비행체에 대한 관심과 수요가 점점 증가하고 있는 추세이다. 특히 차세대 항공시장의 성장을 주도할 것으로 예상되는 무인기, 개인항공기에 대한 수요가 다양한 분야로 급속히 확대되고 있다. 최근 국외뿐만이 아니라 국내에서도 다양한 차세대 비행체의 개발 필요성이 대두됨에 따라서 다양한 연구가 수행되어 발표되고 있다.
국내 독자적인 차세대 비행체 개발을 위해서는 비행체의 실제 비행 환경을 모사할 수 있는 지상 시험 장비를 구축하고 시험모델에 작용하는 다양한 공기역학적 힘과 모멘트를 측정하여 초기 개발에 필요한 공력 및 안정성 데이터베이스를 확보하는 것이 필수적이다. 이를 위하여 건국대학교 다목적 아음속풍동에 시험모델에 작용하는 힘과 모멘트를 직접 측정할 수 있는 건국대학교 6분력 내장형 밸런스(KB-40) 시스템을 구축하였다.
건국대학교 6분력 내장형 밸런스 시스템 구축 후 MATLAB을 이용하여 자체적으로 내장형 밸런스 보정계수를 구할 수 있는 코드를 구축하였다. 이를 통하여 시험모델에 가해지는 미지의 하중 값을 보정계수와 내장형 밸런스에서 출력되는 시그널 값을 이용하여 역으로 추정할 수 있게 되었다.
보정을 완료한 건국대학교 6분력 내장형 밸런스를 실제 풍동시험에 사용하기에 앞서, 내장형 밸런스의 성능 분석 및 검증을 위하여 표준 풍동 모델(AGARD-B)을 제작하였다. 기존 선행연구의 실험 결과와 건국대학교 in-house code인 KFLOW의 계산 결과를 비교하여 KFLOW 계산 결과를 검증하였고, 이를 바탕으로 풍동시험 실험 결과와 KFLOW의 계산 결과를 비교하여 내장형 밸런스 검증을 성공적으로 완료하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Worldwide, interest and demand for a variety of aircraft, including conventional aircraft, are increasing. In particular, demand for drones and personal aircraft, which are expected to lead the growth of the next-generation aviation market, is rapidly expanding to various areas. Various studies have been carried out and announced recently as the need for the development of various next-generation aircraft has emerged not only abroad but also in Korea.
For the development of the nation's own next-generation aircraft, it is essential to establish ground test equipment capable of simulating the actual flight environment of the aircraft and to obtain a database of aerodynamic force and stability necessary for initial development by measuring the various aerodynamic forces and moments acting on the test model. To this end, Konkuk University's 6-component internal balance (KB-40) system was established to directly measure the forces and moments acting on the test model in Konkuk University's multipurpose subsonic wind tunnel.
After the establishment of the 6-component interanl balance system at Konkuk University, the MATLAB was used to establish a code that could obtain the internal balance calibration coefficient on its own. This allows the reverse estimation of the unknown load values applied to the test model using the calibration coefficient and the signal values output from the internal balance.
The standard wind tunnel model(AGARD-B) was produced for the analysis and validation of the performance of the internal balance previous to the use of the 6-component internal balance of Konkuk University in actual wind tunnel testing. The results of the KFLOW calculation were validated by comparing the experimental results of the existing previous study with the calculation results of KFLOW, the in-house code of Konkuk University, based on this, the internal balance validation was successfully completed by comparing the wind tunnel test experiment results with the calculation results of KFLOW.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제1절 연구 배경 1
• 제2절 연구 목표 및 내용 3
• 제2장 건국대학교 6분력 내장형 밸런스(KB-40) 시스템 구축 5
• 제1절 밸런스 개요 5
• 2.1.1 외장형 밸런스(External Balance) 5
• 2.1.2 내장형 밸런스(Internal Balance) 7
• 2.1.3 좌표계(Coordinate System) 9
• 제2절 6분력 내장형 밸런스를 이용한 풍동시험 개요 12
• 2.2.1 건국대학교 다목적 아음속풍동(Konkuk University Multipurpose Subsonic Wind Tunnel) 13
• 제3절 건국대학교 6분력 내장형 밸런스 16
• 제4절 건국대학교 6분력 내장형 밸런스 시스템 상세 설계 20
• 2.4.1 어댑터(Adaptor) 20
• 2.4.2 보정용 틀(Calibration Rig) 23
• 2.4.3 스팅 서포트 시스템(Sting Support System) 25
• 2.4.4 DAQ 시스템(Data Acquisition System) 29
• 2.4.5 페어링 시스템(Fairing System) 30
• 제5절 건국대학교 6분력 내장형 밸런스 시스템 제작 및 설치 33
• 제3장 건국대학교 6분력 내장형 밸런스(KB-40) 보정 35
• 제1절 내장형 밸런스 보정 원리 35
• 제2절 내장형 밸런스 보정 절차 38
• 3.2.1 내장형 밸런스 교정장치 38
• 3.2.2 건국대학교 6분력 내장형 밸런스 보정 코드 40
• 제3절 건국대학교 6분력 내장형 밸런스 보정 결과 45
• 제4장 건국대학교 6분력 내장형 밸런스(KB-40) 성능 검증 50
• 제1절 시험모델 선정 및 설계, 제작 50
• 제2절 전산 유체 해석 검증 56
• 제3절 실험 구성 59
• 제4절 실험 결과 62
• 4.4.1 정적 공력계수 도출 62
• 4.4.2 받음각 보정 65
• 4.4.3 Base 항력 보정 66
• 4.4.4 실험 결과 및 KFLOW 계산 결과 67
• 제5장 결론 70
• 참고문헌 71
• 국문초록 77