조류모방형 날갯짓 비행체를 위한 비틀림 결합 날갯짓 메커니즘 개발

Abstract

날갯짓 메커니즘은 구동기의 회전 또는 선형 운동을 날갯짓 운동으로 변환해주는 역할을 한다. 날갯짓 메커니즘은 날개의 운동과 직접적으로 관련되기 때문에 날갯짓 비행체의 공기역학적 성능을 결정짓는 주요한 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 날갯짓 메커니즘을 이용하여 날갯짓 비행체의 공기역학적 성능을 증가시킬 방법에 대해 논의한다. 날개의 비틀림 방향 움직임과 날갯짓 운동이 동시에 발생해 추력 생성을 증가시킬 수 있는 메커니즘을 제안하였다. 메커니즘에 대한 운동학적 해석을 수행하였고, 운동학 분석을 통해 얻은 날갯짓 및 비틀림 각도를 이용해 공력을 해석하였다. 본 연구에서 수행된 운동학 분석과 신뢰성이 입증된 공력 해석 모델을 결합하여 공력 생성을 최대화하도록 최적화 문제로 정의하여 유전 알고리즘을 통해 설계 변수를 탐색하였다. 최적화된 설계 변수를 바탕으로 풍동 시험이 가능한 프로토타입을 설계하고 제작하였으며 비교를 위한 날갯짓 메커니즘을 추가로 설계하고 제작하였다. 본 연구에서 제안된 메커니즘과 비교 메커니즘을 다양한 날개에 대해 풍동 시험을 통해 비교하였다. 비틀림 운동이 없는 메커니즘과 비교하여 본 연구에서 제안하는 메커니즘이 항상 더 큰 추력을 발생하는 것을 확인했으며, 제안한 메커니즘이 추력 생성에 효과적임을 검증하였다.