Design of the Main Wing in Co-axial Compound Rotorcraft Considering Whirl Flutter Stability

Abstract

Rotorcraft has been utilized in various fields thanks to its vertical take-off/landing and hover capability, but is limited in terms of the speed and range due to its aerodynamic aspects such as compressibility, aeroelastic stability, and stall. Recently, there occurs a rise and growth in the research on the compound rotorcraft which has advantages from both fixed and rotary-wing aircraft. Because those have unique configurations distinguished from that of the conventional rotorcraft, new design factors should be taken into account. whirl flutter phenomenon, which usually occurs in an aircraft with a proprotor, is also observed in the compound rotorcraft with a proprotor, such as the tiltrotor. In this thesis, the three-dimensional feature of the main wing for a compound rotorcraft is suggested. Then three configurations are suggested to find structural integrity variation concerning their composite ply thickness. To estimate its structural intergrity, NASTRAN will be used to perform the relevant static analysis. And, modal analysis is performed and the natural frequencies/eigenvectors will be obtained. With those results, whirl flutter analysis via CAMRAD II and trend analysis using one factor at a time (OAT) method will be performed.

회전익기는 특유의 수직 이착륙과 제자리 비행 기능으로 다양한 분야에서 활용되어 왔으나, 압축성 효과, 공력탄성학적 안정성, 실속과 같은 이유로 최대 속도와 운용 반경에서 제약이 존재했다. 최근에는 기존 회전익기의 장점을 유지하면서 단점을 상쇄하고 고정익기의 장점을 동시에 보유한 복합형 회전익기에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 복합형 회전익기 중에는 주익에 프롭로터가 위치한 형상들도 존재하는데, 그러한 형상들의 경우 축류에 의해 프로펠러/나셀 시스템이 섭동되거나 짐발허브의 플래핑 자유도로 인해 세차운동을 하며 공력 하중이 발생하게 된다. 그리고 이러한 하중에 의해 훨플러터가 유발되므로 주익에 프롭로터가 위치한 복합형 회전익기는 설계 시 훨플러터가 고려되어야 한다. 본 논문에서는 동축반전형 복합형 회전익기의 3차원 형상을 설계하였다. 이후 3가지 형상을 제안하여, NASTRAN을 활용한 구조적 설계 여유와 CAMRAD II를 통한 훨플러터 해석을 수행하였으며 그 중 기본 형상을 정하고 이 형상에서 각 변수를 조절하며 임계 감쇠 값의 경향을 분석하였다.