해외과학 기술 동향
2013-03-13
헬리콥터 회전날개에 설치되는 액티브 시스템이 국부적인 공기 흐름 조건에서도 날개의 공기역학적 특성을 적용시킬 수 있게 되었다. 이러한 시스템을 사용함으로써, 연료 소비량 절감과 최대 속도 향상 그리고 소음과 진동 저감이 가능하다. 네덜란드 트웬테 대학교(University of Twente)의 프랑스 출신 박사과정 연구원인 알렉산드르 파테노스터(Alexandre Paternoster)씨가 이러한 혁신적인 시스템을 적용하는 방법을 개발하여, 스마트 헬리콥터 개발에 한 단계 전진이 가능해졌다.
파테노스터(Paternoster) 박사의 연구는 유럽연합의 클린 스카이 공동연구("Clean Sky" Joint Undertaking)의 일부이며, 이 프로젝트는 항공 교통의 효율성 향상을 위한 것이다. 이 공동 연구에 참여 중인 연구진들은 현재 헬리콥터 회전 날개에 사용될 액티브 플랩(active flap, 비행기 날개에서 발생하는 양력을 증대시켜 주는 대표적인 고양력장치)에 주로 초점을 맞추고 있다. 이 시스템의 통합은, 만약 회전 날개의 회전으로 엄청난 힘이 발생한다면 쉬운 문제가 아니며 내구성과 신뢰성 문제가 발생한다. 소프트웨어 시뮬레이션과 풍동 터널을 이용하여, 알렉산드르 파테노스터(Alexandre Paternoster) 박사는 이러한 액추에이터용 선택 프로세스를 시험했고 이 시스템을 위한 최적의 디자인을 결정했다. 그의 목표는 이 시스템을 더 통합하기 쉽게 하는 것이다.
파테노스터(Paternoster) 박사는 압전 재료에 기반을 둔 메커니즘이 이러한 필요사양을 맞출 수 있다고 결론지었다. 그는 회전 날개에 사용하기 위한 최상의 장치는 피지크 인스트루먼트(Physik Instrumente)사의 d33 패치 액추에이터라고 느끼고 있다.
거니 플랩(Gurney flap, 날개 뒷전으로부터 프로젝팅되는 작은 평면 탭을 말함)
현재 개발 중인 모든 액티브 회전시스템 중에서, 액티브 거니 플랩(Active Gurney Flap)이 클린 스카이 공동연구("Clean Sky" Joint Undertaking)의 그린 회전날개 통합기술 실증화 사업(Green Rotorcraft Integrated Technology Demonstrator)의 프레임워크로 선택되었다. 회전 날개의 되돌림 운동 중에 거니 플랩(Gurney flap)을 확장시키는 것은 날개의 리프트와 전체적 성능을 향상시킨다. 이 기술은 이미 발전한 개발 단계에 있으며, 알렉산드르 파테노스터(Alexandre Paternoster) 박사의 목표는 거니 플랩(Gurney flap)의 가장 효율적인 디자인을 찾아내는 것이었다.
관련된 다양한 공기역학적 힘을 고려함과 동시에, 그는 메커니즘, 공기 흐름 방향 그리고 공기 속도 수준의 현실적인 결합 정도를 구별해 내야 했다. 압전 액추에이터에 기반을 두고, 이 디자인은 최대 운동량과 액추에이션 파워를 만들어 내도록 최적화되었다. 결과는 "Z" 형태의 구조이다. 이 메커니즘은 압전 재료로 만들어지는 확장력을 상대적으로 큰 움직임으로 증폭시킨다.
프로토타입
알렉산드르 파테노스터(Alexandre Paternoster) 박사가 개발한 공기역학적 모델은 멀티-보디 시뮬레이션(multi-body simulation)과 실질적으로 메커니즘의 성능을 평가하는데 사용되는 시뮬레이션과 결합하였다. 메커니즘의 성능은 공기 흐름에 의해 만들어지는 강력한 힘에 노출된 거니 플랩(Gurney flap)을 확장하고 집어넣을 만하다.
그는 이 "Z" 형태의 메커니즘 프로토타입을 만드는 것으로 그의 연구를 결론지었다. 이 프로토타입은 메커니즘 내에서의 운동에 대한 실험적 평가를 가능하게 했다. 프로토타입은 아주 훌륭하게 작동했고 쉽게 헬리콥터 회전 날개에 통합될 수 있었다. 또한, 액추에이션 메커니즘 내에서의 압전 재료의 사용 가능성을 실증화해 보였다. 이러한 혁신적인 기술개발은 매우 수요가 높은 우주항공산업용 액추에이션 시스템 솔루션을 제공한다. 차세대 스마트 헬리콥터가 곧 비행을 시작하게 될 것이다.
이 박사학위 논문의 제목은 "헬리콥터 날개에 사용되는 스마트 액추에이션 메커니즘(Smart Actuation Mechanisms For Helicopter Blades)"이다.
키워드 : 액티브 플랩, 거니 플랩, 스마트 액추에이션 메커니즘
