제자리 회전 기동 비행을 하는 헬리콥터의 공력 및 동역학적 특성 연구

Abstract

헬리콥터는 다양한 임무로 활용되기 때문에 사고율이 고정익 항공기에 비해 높다. 헬리콥터의 추락사고는 인명피해, 경제적 손실, 추락한 지점에 큰 피해를 입힌다. 이러한 헬리콥터의 사고 원인은 인적요인에 의한 것이며, 기계적인 요인중 가장 문제되는 것이 조종성 상실 문제이다. 본 연구에서는 공력 및 동역학적 특성을 이해하기 위해 기동비행하는 헬리콥터의 조종성 상실사고를 고찰한다. 제자리 회전비행을 한가지의 케이스로 선정했으며, 공력-동역학 연계 해석 코드를 활용하였다. 동역학적 해석 기법은 6자유도 방정식을 활용하고, 공력해석 기법으로는 와류격자법, 시간전진 자유후류법을 사용해 표면에서의 압력과 힘을 계산 하였다. 공력-동역학 연계 해석 코드의 검증을 위해 팝업, 팝다운 기동비행에 대해 해석하고 다른 연구자의 결과와 비교 하였다. 조종사의 입력값과 기동비행을 이해하기 위해, 종 형태의 콜렉티브 피치 각도를 조종사의 입력값으로 부여했다. 매 시간 공력값을 계산해 주로터의 고도를 계산하고, 후류의 형상을 모사하였다. 제자리 회전 비행을 해석하기 위해 와류격자법, 와류조각법, 패널방법으로 이루어진 전기체 공력-동역학 연계 해석 코드를 활용해 해석을 수행하였다. 트림 상태의 주로터의 콜렉티브 피치 각도, 싸이클릭 피치 각도와 꼬리로터의 콜렉티브 피치 각도를 구했다. 팝업, 팝다운 케이스와 동일하게 매 시간 간격에서 힘과 모멘트를 계산하였다. 꼬리로터에서 생성된 강한 와류를 관찰하였고, 트림조건과 제자리 회전비행의 결과를 간단한 해석적인 경우와 비교하였다.