자기 부상 장치를 활용한 동적 풍동 실험 방법에 관한 연구

Abstract

다양한 초소형 비행체가 개발됨에 따라 그 시스템 특성을 정확하게 파악하는 과정이 매우 중요해지고 있다. 그러나 동적 환경에서의 공력 특성 관련 연구는 충분히 진행되지 않았다. 기존의 풍동 실험 방법은 공력을 측정하기 위해 지지대를 직접 연결하였으나, 측정결과의 교란을 피할 수 없었다. 본 연구에서는 기존 풍동 실험의 대안이 될 수 있는 자기 부상 장치(MSBS, Magnetic Suspension and Balance System)를 활용해 공력을 측정하는 방법을 기술하고 그 특성을 파악하는 것을 주요 목표로 한다. 자기 부상장치의 측정 성능을 검증하기 위해 Clark Y 에어포일에 대한 정상 상태의 공력측정을 수행하였다. 측정 결과 자기 부상 장치는 날개끝 와류 등으로 인한 공력간섭을 상당 부분 낮출 수 있으며, 낮은 가로세로비의 날개에 대해 더욱 타당한 결과를 제공할 수 있음을 알 수 있었다. 다음으로 비정상 공력 특성을 확인하기 위해 진동하는 Clark Y 에어포일(oscillating airfoil)에 대한 실험적 연구가 이뤄졌다. 기계적 지지대에서 측정된 결과와 달리, 자기 부상 장치에서 측정된 결과는 이론적으로 추론된 공력 특성과 잘 부합하는 것을 확인하였다. 이는 기계적 지지대를 필요로 하지 않는 자기 부상 장치가 지지대의 교란을 효과적으로 제거할 수 있음을 암시한다. 마지막으로, 자기 부상 장치를 이용해 Clark Y 에어포일의 피치방향 동안정 미계수를 측정하였다. 측정된 결과는 실속 이전 부근에서 일정하게 유지되었으며, 이론적으로 추정된 동안정 미계수와 유사한 경향을 보였다. 이것은 자기 부상 장치가 초소형 비행체의 복잡한 동특성을 파악하기 적합한 장비임을 암시하며, 기존 풍동 실험 방법을 상당부분 보완할 수 있음을 의미한다.