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저 레이놀즈 수 영역에서 날갯짓 비행체 공력 모델의 실험적 검증
Experimental Validation of Ornithopter Aerodynamic Model in Low Reynolds Number Regime

이준성    (한국과학기술원 항공우주공학과   ); 김대관    (한국항공우주연구원 위성제어시스템부   ); 한재흥    (한국과학기술원 항공우주공학과  );
  • 초록

    본 연구에서는 날갯짓 비행체 날개의 유체-구조 연계를 고려한 설계나 날갯짓 비행체의 비행 동역학 및 제어 시뮬레이션에 적용 가능한 효율적인 공력모델을 제안하고, 풍동 실험을 통해 공력모델의 특성을 검증하고자 한다. 날갯짓 비행체는 저 레이놀즈 수 영역의 비정상 유동장의 지배를 받기 때문에, 이 영역에서 날개 운동에 따른 공력을 효과적으로 측정할 수 있도록 풍동실험장치를 설계 및 개발하였다. 본 연구의 실험장치 특성상 힘을 측정하는 2축-로드셀은 비관성계에 있기 때문에, 순수한 날개의 공력을 측정하기 위해서는 관성력을 보정해주어야 하며, 이에 대한 방법론을 수립하였다. 최종적으로 유동속도, 날개의 운동 주파수 및 고정 받음각에 따라 날개에 작용하는 양력 및 항력의 평균값 및 평균 제곱근 값을 비교함으로서 실험결과와 공력모델의 특성을 비교 검증하였다.


    In this study, an efficient ornithopter aerodynamic model, which is applicable to ornithopter wing design considering fluid-structure interaction or ornithopter flight dynamics and control simulation, was proposed and experimentally validated through the wind tunnel experiments. Due to the ornithopter aerodynamics governed by unsteady low Reynolds number flow, an experimental device was specially designed and developed. A part of the experimental device, 2-axis loadcell, was situated in the non-inertial frame; the dynamic calibration method was established to compensate the inertial load for pure aerodynamic load measurements. The characteristics of proposed aerodynamic model were compared with the experimental data in terms of mean and root-mean-square values of lift and drag coefficients with respect to the flow speed, flapping frequency, and fixed angle of attack.


  • 주제어

    날갯짓 비행체 .   공력모델 .   저 레이놀즈 수 .   비정상 유동 .   풍동 실험.  

  • 참고문헌 (11)

    1. Han, J.-H., Lee, J.-S., and Kim, D.-K., “Bio-inspired Flapping UAV Design: A University Perspective”, Proceedings of SPIE, Vol. 7295, 2009, pp. 72951I-1-12. 
    2. Smith, M. J. C., Wilkin, P. J., and Williams, M. H., "The advantage of an unsteady panel method in modelling the aerodynamic forces on rigid flapping wings", Journal of Experimental Biology, Vol. 199, 1996, pp. 1073-1083. 
    3. Vest, M. S. and Katz, J., "Unsteady Aerodynamic Model of Flapping Wings", AIAA Journal Vol.34, No.7, 1996, pp. 1435-1440. 
    4. Liu, H. and Aono, H., "Size effects on insect hovering aerodynamics: an integrated computational study", Bioinspration and Biomimetics, Vol. 4, 2009, pp. 015002-1-13. 
    5. DeLaurier, J. D., "An Aerodynamic Model for Flapping-wing Flight", The Aeronautical Journal of the Royal Aeronautical Society, 1993, 125-130. 
    6. Kim, D.-K., Lee, J.-S., Lee, J.-Y., and Han, J.-H., "An Aeroelastic Analysis of a Flexible Flapping Wing using Modified Strip Theory", Proceedings of SPIE, Vol.6928, 2008, pp. 69281O1-O8. 
    7. Ellington, C. P., "The aerodynamics of hovering insect flight: I. The Quasi-steady analysis", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series B, Biological Sciences, Vol. 305, No. 1122, 1984, pp. 1-15. 
    8. Theodorsen, T.,"General Theory of Aerodynamic Instability and the Mechanism of flutter", NACA Technical Report, 496, 1935. 
    9. Jones, R. T., "The Unsteady LIft of a Wing of Finite Aspect Ratio", NACA Technical Report, 681, 1939. 
    10. Scherer, J. O., "Experimental and Theoretical Investigation of Large Amplitude Oscillating Foil Propulsion System", U.S. Army Engineering R&D laboratories, contract #: DA-44-009-AMC-1759, 1968. 
    11. Shyy, W., Lian, Y., Tang, J., Viieru, D., and Liu, H., "Aerodynamics of Low Reynolds Number Flyers", Cambridge University Press, 2007. 

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  • 이준성 (2)

    1. 2010 "Development of a Simulator of a Magnetic Suspension and Balance System" International journal of aeronautical and space sciences 11 (3): 175~183    
  • 김대관 (7)

  • 한재흥 (37)

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