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안녕하세요. 정진센터입니다.
오랜만에 카페로 비행역학 공부를 하로 갔었습니다.
커피 한잔 하면서 책을 읽으니 기분이 좋더군요 ㅎㅎ
그러다 문뜩 이런 생각이 들었습니다.
올해 1년동안 쉬면서 뭘 하면서 보내면 좋을까?
뭘 하면서 보내면 재밌을까?
이런 생각을 하다 결국 도달한 곳은 RC 비행기 만들기였습니다.
당장 저에게 있는 건 Taranis 조종기와 2개의 모터밖에 없었기에
배터리 충전기, 배터리, 서보모터, 수신기가 필요했고
저는 연구를 하던 사람이라
[속도, 받음각, 피치, 피치 각속도, 고도, 옆 미끄러짐각, 뱅크각, 롤 속도, 요속도, 헤딩각]
에 해당하는 비행 중에서 얻어지는 모든 데이터를 저장할 기억장치가
기본적으로 필요하겠다는 생각이 들었습니다.
갑자기 가슴이 뛰기 시작했습니다.
최근 조금 우울했는데 다시 대학교 1학년 때의 설렘이 몰려왔습니다 ㅎㅎ
저는 대학원에서 1년 동안 Modern flight dynamic라는 책을 공부했는데
이 책에서 NAVION이라는 미공군 훈련기가 교보재로 사용되었습니다.
그래서 NAVION에 친숙했고 학회에 갔을 때 카이스트 박사님도 이 기체로 연구를
하는 것을 봤던 기억이 있기에 더 알고 싶었습니다.
결과적으로 이번 1년 동안 NAVION이라는 비행기를 스케일을 줄여서 만들어보자!
에 도달하게 되었습니다.
NAVION의 특징은 일단 날개가 동체 아래에 달려있는 저익기입니다.
저익기는 중익기, 고익기 중에서 가장 조종성이 좋다는 장점이 있습니다.
따라서 RC 비행기로 만들게 된다면 다양한 기동으로 손맛을 기대할 수 있겠죠 ㅋ
이번 NAVION프로젝트는 그림 3과 같이 계획하고 있습니다.
일단 도면은 https://aerofred.com/사이트에서 다운로드한 것을 기초로 사용할 것입니다.
하지만 도면을 확인해본 결과 가장 중요한 날개 형상인 Airfoil이 실제 NAVION과
같지 않다는 것을 확인하여 날개와 더불어 동체에도 많은 수정이 필요할 것으로 보입니다.
날개 가로길이인 Span을 기준으로 스케일은 1/5.68이며 동체는 최대한 비슷하게 카피한 것으로 보입니다.
정확하게 위치를 확인해 볼 것도 없이 외관상으로도 그림 4와 그림 5,6의 형상이 많이 달라 보입니다.
아마도 제작을 쉽게 하기 위해서 통상적인 Airfoil을 사용한 것 같습니다.
하지만 저는 전공자로서 용납할 수 없습니다.
비행기의 Airfoil이 비행기의 전부라고 할 수 있을 정도로 매우 중요한 요소이기 때문입니다.
따라서 저는 실제 NAVION의 Airfoil을 적용하여 도면을 수정하도록 할 것입니다.
그리고 다시 그림 3을 보시면 제가 AVL, XFLR5, 카티아의 용어를 사용한 것을 확인하실 수 있습니다.
AVL을 먼저 말씀드리겠습니다.
Aerodynamic Analysis
Trim Calculation
Dynamic Stability Analysis
이렇게 크게 3가지의 기능을 수행할 수 있는 프로그램입니다.
이는 2004년부터 미국 MIT에서 무료로 배포하고 있는 프로그램으로
먼저 공기역학 분석[Aerodynamic Analysis]을 수행할 수 있는데
이는 흔히 3가지 항공기에 작용하는 양력[Lift], 항력[Drag], 모멘트[Moment]의
힘들을 분석할 수 있다는 말입니다.
Trim Calculation은 트림 계산을 의미합니다
어떤 비행기라도 여러 개의 트림 조건을 가지고 있습니다.
트림 조건이란 특정 속도, 조종면 각도(에일러론, 러더, 엘리베이터)
받음각, 피치각, 고도에서 그 비행상태를 계속 유지하는 상황을 말합니다.
예를 들어 비행기가 속도 200km/h로 , 받음각 2도 , 피치 3도 , 고도 500m로 비행 중일 때가
트림 조건이라면 이 비행기는 계속 고도 500m를 등속으로 비행할 수 있다는 것입니다.
하지만 이 조건을 정확히 찾아내기란 쉽지 않고 많은 계산을 해야 합니다.
이 프로그램이 있다면 좀 더 쉽게 구할 수 있는 것이죠.
다음으로 Dynamic Stability Analysis는 동적 안정성 분석을 의미합니다.
Perturbation, 즉 섭동이라는 것이 있습니다.
이는 살짝 밀어 본다를 의미하는데 트림 조건에서 비행 중인 비행기를
살짝 밀면 어떻게 될까요? 속도와 각도가 순간적으로 살짝 변하겠죠?
그러나 비행기는 이런 상황에서도 다시 트림 조건으로 돌아와야 합니다.
돌아오지 않는다면 조종사가 굉장히 제어하기 힘들 것일 뿐만 아니라
사람이 탄다면 생명까지도 위험하게 되기에 꼭 분석해야 하는 파트입니다.
(AVL에 대해서 더 궁금하신 분은 http://web.mit.edu/drela/Public/web/avl/ 이 사이트를 참고하시길 바랍니다.)
Xflr5는 그림 9와 같이 3차원 비행기의 공기역학적 특성뿐만 아니라 2차원 날개 단면도 분석을 할 수 있습니다.
이 프로그램은 실제로 나비에 스톡스 방정식을 비점성 비압축성 상황에서 풀어
실제 비행기의 거동을 미리 확인해 볼 수 있습니다.
(자세한 사항 : http://www.xflr5.tech/xflr5.htm)
카티아는 CATIA입니다.
이는 프랑스의 다쏘시스템이라는 회사에서 개발한 프로그램입니다.
특징은 컴퓨터상에서 작도를 수행하기 위해서 만들어졌다는 것이고
2차원인 종이에 작업하는 것과 차원이 다르게 모든 작업을 3차원으로 수행할 수 있도록 만들어졌습니다.
이 프로그램은 보잉, 록히드마틴 등의 대형 항공사뿐만 아니라 현대, 기아자동차의 국내 자동차 업체에서도
사용하고 있습니다.
이 프로그램의 가장 큰 장점은 복잡한 형상이 많은 비행기를 매우 쉽고 정확하게 그릴 수 있다는 것입니다.
그래서 저는 이 프로그램으로 비행기 작도 작업을 수행해왔습니다.
작성하다 보니까.. 또 설명만 하는 글이 되어버렸습니다.
결과적으로 NAVION이라는 비행기를 정확하게 만들겠다.
라는 말을 길게 둘러서 설명해드렸습니다.
앞으로 이 프로젝트를 진행하며 꾸준하게 글을 올리도록 하겠습니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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