조종면 및 외부 장착물을 갖는 2차원 날개의 천음속 플러터 억제

Abstract

서보공력탄성학은 공탄성 시스템과 제어 메카니즘의 상호 연계에 관한 연구를 수행하는 학문이다. 특히 천음속 영역은 ‘천음속 강하’와 같은 강한 공기역학적인 비선형 특성을 가지고 있는 영역이다. 이러한 천음속 영역에서의 플러터 특성을 예측하고 공탄성 응답을 해석하기 위하여서 많은 경우 천음속 미소교란(TSD) 방정식을 이용한다. 이러한 TSD 방정식은 CFD 기법을 이용하여 해를 구하게 된다. 조종면을 갖는 2차원 공탄성 시스템에 대한 검증 모델로는 NACA64A006 에어포일을 선정하였다. 본 연구에서는 이러한 시스템을 플런지, 피치, 플랩과 같은 3자유도 시스템으로 모델링하였다. 또한 플러터 억제를 수행하기 위하여 능동제어기법(ACT)을 도입하였고, 이산 시간 시스템에 대한 제어기 설계기법에 대해 소개하였다. 이중에서 ARMA 모델과 같은 시스템 판별 기법을 이용하여서 날개의 거동과 제어입력 데이터에 대한 수치적 공탄성 시스템의 모델링을 수행하였다. 또한 플런지와 피치와 플랩의 회전각의 크기를 최소화 하는 최적의 이득값을 구하기 위해 이산시간 리카티(riccati) 방정식을 풀었다. 위의 제어법칙은 구조-유체 연계시스템의 플랩 자유도에 대하여 모듈 형식으로 통합되었고, 이러한 공탄성-제어 연계 시스템은 다시 한 번 CFD 기법을 이용하여 해석됨으로써 제어 시스템의 공탄성 시스템에 대한 영향을 살펴보았다. 본 연구에서 개발된 제어기법에 대해 날개와 플랩과 스토어를 갖는 모델의 플러터를 효과적으로 억제함을 볼 수 있었다.