곤충형 날갯짓 비행체의 6자유도 비행 시뮬레이션을 위한 공력 예측 해석 = Aerodynamics Analysis for 6DOF Flight Simulation of Insect-inspired Flapping Wing Micro Air Vehicles
저자
발행기관
학술지명
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발행연도
2011
작성언어
Korean
주제어
KDC
558
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
274-279(6쪽)
제공처
This paper investigates a comparative study of unsteady aerodynamics measurement of Hawkmoth, Manduca Sexta wing and its quasi-steady aerodynamics estimation. Two flight regime: 1) Re=7500: real Hawkmoth's hovering regime, 2) Re=20000: normal micro air vehicles' (MAVs) operating regime, are tested in a water chamber with a scaled Hawkmoth wing model. For the quasi-steady estimation, a translational force component is modeled from lift and drag coefficient curves measured from a steady aerodynamics measurement of Re=8071. In addition, rotational force component is also modeled in the quasi-steady aerodynamic model for this comparative study. Results showed that the flapping cycle-averaged mean aerodynamic coefficients are well matched. In terms of time-varying sense, maximum aerodynamic peaks are well captured with quasi steady estimation, and peaks generated from rotational force components are also captured. However, peaks from wake-capture could not be properly estimated. This study provides a feasibility of applying reduced order aerodynamic model to a multibody dynamics based 6DOF flight simulation environment for insect-inspired flapping wing MAVs.
더보기본 연구에서는 박각시나방(Hawkmoth, Manduca Sexta) 날개 상사모델의 비정상 공력 측정 실험과 준정상 공력 모델을 사용한 다물체 동역학 기반의 공력 예측 시뮬레이션의 비교 해석을 수행하였다. 실제 박각시나방의 제자리비행 조건과 유사한 Re=7500 및 일반적인 초소형비행체의 비행 조건인 Re=20000 두 가지 영역에 대하여 비정상 공력 발생 상사 수조 실험이 수행되었다. 공력 예측 시뮬레이션에 사용된 준정상 공력 모델은 Re=8071 의 정상 상태 공력 측정 실험으로부터 얻어진 양력계수 및 항력계수 커브를 통하여 병진공력성분(translational force)을 모델링 했으며, 추가적으로 회전공력성분(rotational force)에 대한 모델링도 이루어졌다. 비교 결과, 양력계수 및 항력계수의 날갯짓 1 주기 평균값을 잘 예측했으며, 날갯짓 한 주기 동안 변화하는 공력 특성 결과에서도 최대 공력 피크 및 회전공력성분에 의한 피크를 예측함을 확인했다. 하지만, 실험 결과에서 발생한 후류포획(wakecapture)에 의한 피크는 예측하지 못하였다. 본 연구를 통하여 곤충형 날갯짓 비행체의 비행동역학 및 비행안정성 연구에 적용 가능한 저차 공력 모델의 공력 예측 능력을 확인할 수 있었다. 이 결과는 추후 다물체 동역학 기반 6 자유도 비행 시뮬레이션 환경 개발에 활용될 것이다.
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