기동성 비행을 위한 날갯짓 경로의 최적화

Abstract

날갯짓 초소형 비행체는 날갯짓을 통해 비행하며 원격으로 조종되는 무인비행체이다. 이 비행체는 변화하는 환경에 능동적으로 대처하기 위해 상황에 따라 적절한 공력성능을 낼 수 있어야 한다. 이러한 공력성능은 날갯짓 경로에 큰 영향을 받으며, 날갯짓 경로에 따라 다양한 비행목적을 결정할 수 있다. 본 연구에서는 다양한 비행목적 중에서 높은 기동성을 목적으로하는 비행을 선정하고, 적절한 양력과 추진력의 발생에 중요한 영향을 미치는 스트로크 평면의 경사각을 고려하여 경로최적화를 수행한다. 비행체가 비행하는 상황에 따라 기동성비행의 종류를 추진력을 최대화하는 비행, 양력을 최대화하는 비행, 양력과 추진력을 동시에 최대화하는 비행 세 가지로 정의하였다. 날갯짓운동은 단순한 사인함수로 이루어진 플런징과 피칭운동으로 정의하였다. 경로최적화 과정에서 L49 직교배열표를 이용하여 후보점을 생성하고, 그 후보점에서 2차원 비정상 유동해석을 하였다. 유동해석 결과를 바탕으로 크리깅방법을 이용하여 근사모델을 생성하였다. 그리고 설계정식화를 정의하고 유전알고리즘을 이용하여 최적화를 수행하였다. 설계변수는 에어포일의 평균 받음각, 피칭진폭, 플런징과 피칭운동의 위상차 그리고 스트로크 평면의 경사각으로 정의하였다. 세 가지 목적의 날갯짓 경로의 최적화를 통해 기동성비행을 위한 날갯짓 경로를 제시한다. 또한 날갯짓 운동으로 인해 생성되는 와류를 분석함으로써 양력과 추진력의 발생원리를 확인한다.