2019년 항공우주및소프트웨어공학전공 종합설계 제안서

과제명: 에일러론 형상 변화를 통한 RC비행기의 착륙 안정성 증가

팀명: 미다스

팀장 김준영

팀원 손승우, 장원준, 정재욱, 조현승, 주종인

작성일: 2019년 3월 12일

지도교수: 명 노 신 (서명)

목 차

1. 기술의 창의성 및 필요성	1

1.1. 과제의 개요	1

1.2. 창의성 및 실용성	1

1.3. 필요성	1

1.4. 배경 기술	1

2. 관련 현황 및 선행 연구	2

2.1. 관련 현황	2

2.2. 선행 연구 (논문/특허/저서/신문기사)	2

3. 과제 목표	2

3.1. 최종 목표 및 평가 방법	2

3.2. 연구 및 개발 내용	2

3.3. 결과물	2

3.4. 기대 효과 및 활용방안	2

4. 기술 개발 추진 방법 및 체계	3

4.1. 추진 방법	3

4.2. 추진 전략 및 체계	3

4.3. 팀 편성도 및 역할	3

5. 추진일정	3

6. 예산	3

7. 참고문헌	4

기술의 창의성 및 필요성

과제의 개요

최근 레저용 RC비행기를 사용하는 사람이 많아졌다. 그러나 RC비행기의 착륙 안정성이 떨어져 착륙 시 파손 사례가 많다. 이러한 착륙 파손은 조종사의 숙련도 부족과 돌풍 등의 외부 힘이 주 원인을 차지한다. 따라서 조종사의 숙련도가 높지 않더라도 착륙 시 파손 사고의 발생이 줄어들도록 하기 위해 RC비행기의 에일러론을 개조하기로 한다. 그 방법은 에일러론이 이착륙 시 고양력장치의 역할을 하도록 하여 순간적으로 양력을 높여, 착륙 속도 감소를 통한 안정성 확보를 하도록 한다.

창의성 및 실용성

제안서 작성을 위해 정보를 검색하는 과정에서 기존의 RC비행기에 에일러론과 플랩의 기능을 같이 하는 장치가 장착된 것을 볼 수 없었다. 본 과제가 만들고자 하는 에일러론의 형태 변화는 RC비행기에 고양력장치를 따로 추가하지 않고도 에일러론 자체가 고양력장치의 역할을 할 수 있기 때문에 고양력장치가 탑재되지 않은 RC비행기의 경우 이 기능을 추가함으로써 보다 착륙 안정성을 높이는 효과를 기대할 수 있다.

필요성

본 과제가 목표하는 이상적인 효과의 결과물을 만들어낼 수 있다면, 개요에서 언급하였던 레저용 RC비행기의 착륙 실패로 인한 파손 사고의 규모를 감소시키는 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 과제의 예상 결과물은 충분한 필요성을 갖고 있다고 할 수 있다.

배경 기술

1.4.1 기술적으로 요구되는 지식

1.4.1.1 RC비행기 관련 지식

본 과제는 결과물의 실험 및 증명, 비교를 위해 RC비행기를 두 대 제작하고자 한다. 따라서 그에 따른 RC비행기 제작과 관련된 지식들을 필요로 한다.

1.4.1.2 구조 및 공력해석 소프트웨어 관련 지식

결과물 제작에 앞서 디자인한 형상이 구조적 결함이 있는지, 실제 완성 후 비행할 수 있는지 알아보기 위한 소프트웨어 해석이 필요하므로 이에 따른 지식이 필요하다.

1.4.2 교과목에 연계되는 내용

1.4.2.1 동역학 / 항공기구조역학 / 항공기설계

위 교과목에서 항공기에 가해지는 물리적인 힘과 모멘트를 배웠다. 이는 항공기에 가해질 응력과 모멘트의 종류가 무엇이 있을지 예상할 수 있게 하고, 이를 바탕으로 항공기 설계 시 재료의 물성치 및 수치 등을 결정할 수 있도록 한다.

1.4.2.2 전산기계제도 / 기계진동학 / CAD응용

위 교과목에서 디자인 소프트웨어인 CATIA와 구조해석 소프트웨어인 SAMCEF를 배웠다. 이는 프로젝트의 시제품 설계도면 작성과 디자인 해석에 유용하게 사용될 것이다.

1.4.2.3 공기역학 / 비행역학

위 교과목에서 비행 상태의 항공기가 공기에 의해 어떠한 영향을 받는지, 각 조종면이 공기흐름에 어떠한 영향을 미치는 지에 대하여 배웠다. 이는 공력 해석을 통한 비행성능 향상의 정도를 알 수 있게 하고, 개선점을 고안할 수 있게 한다.

1.4.3 현실적 제한요소 및 해결방안

본 과제물의 예상 결과물은 원래 한 덩어리였던 에일러론를 두 개로 나누어 움직이게 하는 과정에서 구조적 결함으로 인한 파손이 발생할 수 있다. 또한, 고양력장치인 플랩과 달리 예상 결과물은 날개 바깥쪽의 양력을 증가시키려 하므로, 날개 양끝의 모멘트 증가로 인한 날개의 접지 가능성도 배제할 수 없다. 마지막으로, 조사 결과 본 과제의 예상 결과물과 비슷하거나 일치하는 형상을 찾지 못했다. 따라서 프로젝트 참고자료가 없어 문제점을 찾아내는 데 어려움을 겪을 수 있다.

이에 대한 해결방안으로, 첫째, 의도하는 움직임을 하도록 하는 기계장치들을 비교하여 가장 파손 가능성이 적은 것을 채택한다. 둘째, 날개가 접지되지 않도록 동체와 날개의 접합부분을 보강하여 튼튼하게 만든다. 셋째, 담당 교수님과의 꾸준한 면담을 통해 자문을 구하여 문제점을 해결할 단서를 얻는다.

관련 현황 및 선행 연구

관련 현황

참고자료[1]과 같이 RC비행기의 착륙 시 파손 사고의 사례가 많이 존재한다. 이는 RC비행기가 착륙하는 과정이 매우 어렵다는 사실을 보여준다.

선행 연구 (논문/특허/저서/신문기사)

NASA의 논문 중 경비행기에 플랩을 장치했을 때 성능 향상과 안정성이 어떻게 변화하는지에 대한 연구 자료가 있다(참고자료[2]). 참고자료[2]에서는 경비행기에 플랩을 장치했을 경우 피칭모멘트 안정성 향상을 기대할 수 있다고 말한다.

과제 목표

최종 목표 및 평가 방법

RC비행기 착륙 시 파손사고를 감소시키기 위한 에일러론의 형상을 디자인하고, 실제 RC비행기에서 제대로 작동하는지 알아보기 위한 시뮬레이션과 시제품 제작을 실시한다.

연구 및 개발 내용

개념설계 후 CAD 또는 CATIA를 이용하여 형상 디자인 및 기초 도면 작성을 한다.

2. 제작하는데 필요한 부착장비를 조사한다.

3. 제작할 에일러론의 안정성 및 성능을 조사한다.

4. 시제품 제작 및 성능 평가와 보완을 한다.

5. 완성품을 제작한다.

결과물

항목	예상 결과물	결과물에 대한 설명 요약
설계		기본적인 형상은 에일러론의 역할을 하며 에일러론의 아랫부분의 형상 중 일부분이 움직일 수 있게 된다.
수학적 분석	공력적인 측면에서는 향상 되었지만 구조적 불안정성이 높아짐	에일러론의 아랫부분이 움직여서 날개 면적이 늘어나 해당 형상에 대한 공력에 대한 성능은 늘어났지만, 구조적 안정성을 분석해보면 기존의 것보다 불안정성이 높다는 것을 파악했다.
시뮬레이션	공력적인 측면에서는 예상대로 향상될 듯 하나 구조적인 측면에서 오류 발생이 많아질 것으로 예상된다.	플루언트 및 에디슨과 같은 CFD 프로그램을 이용하여 제작품에 대한 시뮬레이션을 실행하여 원했던 효과를 얻을 수 있지만, 구조적 불안정성도 측정하여 수학적 분석에서 얻은 데이터를 바탕으로 구조적인 보완을 했다.
실험 및 제작	가장 좋은 시뮬레이션 결과물과 같을 것으로 예상된다.	설계 데이터 및 시뮬레이션을 바탕으로 시제품을 만들어 실제 이착륙 시 성능이 개선되었으며 구조적 보완에 성공했다는 것을 확인한다.

기대 효과 및 활용방안

RC비행기에서 파손이 잘 발생하는 착륙 과정을 보완함으로써 착륙 시 파손을 줄이는 효과를 기대할 수 있고, 이는 기존에 디자인되어 있던 여타 RC비행기에도 적용시킴으로써 원래보다 더 높은 착륙 안정성을 갖도록 활용할 수 있다.

기술 개발 추진 방법 및 체계

추진 방법

3.2의 연구·개발 내용 순서대로 개발을 추진하며, 문제가 생길 시 순서를 되짚어가며 오류를 수정하고 담당 교수님의 피드백을 통해 수정 및 보완한다.

추진 전략 및 체계

기초적인 형상 설계 및 도면을 최대한 빠르게 제작하고, 남는 시간을 구조 해석 및 공력 해석에 투자하여 이 결과를 바탕으로 형상 수정 및 보완을 함으로써 성공률과 완성도를 높인다.

팀 편성도 및 역할

팀원	역할 (과제의 결과물과의 상관관계)
김준영 주종인	형상 설계 및 구조 해석 CATIA를 이용한 항공기 형상 설계 및 도면 작성 SAMCEF를 이용한 구조적 안정성 확인
손승우 조현승	공력 해석 FLUENT를 이용한 항공기 공력 해석 및 비행 안정성 유추
장원준 정재욱	RC비행기 제작 설계 및 해석으로 나온 결과물을 바탕으로 RC비행기 제작 및 비행을 바탕으로 데이터 획득

2019년 항공우주및소프트웨어공학전공 종합설계 제안서

추진일정

항목	세부항목 (일정별 주요 결과물 포함)	3월 1,2주	3월 3,4주	4월 1,2주	4월 3,4주	5월 1,2주	5월 3,4주	6월 1주
개념설계	주제 결정 및 기초 디자인 설계
	기초 디자인 분석
	기초 디자인 보완
물품주문	필요한 부품 및 비용 분석
상세설계	기초 디자인 시뮬레이션 및 문제점 분석
	발견된 문제점 보완 및 시뮬레이션
	최종 디자인 결정
제작	주문한 물품으로 시제품 완성
테스트	시제품 비행
보고서	보고서 및 발표자료 작성

예산

예산 : 약 70만원

예상 지출내역

항목	비용(원)
RC비행기 재료	700,000

참고문헌

연번	종류	제목	저자	발행년도	발행자	기타
1	동영상	엄청난 비용의 RC비행기 추락 사고 영상	KIDSEYE	2018	Youtube	사고사례
2	논문	Assessment of a Cenceptual Flap System Intended for Enhanced General Aviation Safety	Bryan A.Campbell and Melissa B. Carter	2017	NASA, Langley Research Center