멀티로터형 UAM의 착륙 조건에 따른 버티포트 인근 도심 소음 영향 해석

Abstract

본 연구는 멀티로터형 UAM의 소음 저감 착륙 절차의 관한 초기연구로서, UAM 착륙시 버티포트 주변 소음 영향을 분석하였다. 착륙 궤적에 따른 멀티로터형 UAM의 소음을 해석하기 위해 CONA framework를 사용하였다. CONA는 다양한 모듈의 결합을 통하여 궤적에 따라 RPM이 지속적으로 변화하는 멀티로터형 UAM에 대해 소음 해석이 가능하다. CONA의 공력 모듈은 지정 후류 모델인 Parameterized Beddoes wake model을 이용하였으며, 이는 소음 모듈에서 사용된 Farassat Formulation 1A와 결합되어 단일로터와 쿼드로터에 대해 검증되었다. 쿼드로터형 UAM에 대해 넓은 범위의 착륙 조건(접근 속도, 비행 경로 각도)에 대해 소음 영향도가 분석 되었다. 착륙 조건에 따른 소음 영향 그래프가 도시 되었으며 해당 그래프에서 총 3개의 주요 착륙 조건(수직 하강, 소음이 높은 착륙 조건, 소음이 낮은 착륙 조건)이 구분되었다. 각 착륙 조건에 대해 UAM 소음 관점에서 분석되었으며, 접근 속도가 빠르고 비행 경로 각도가 높은 착륙 조건이 소음 저감 착륙을 위해 권고 된다. UAM의 착륙 조건에 따른 버티포트 주변 소음 영향을 DNL을 통해 등고선 안의 면적으로 나타내었다. 65 DNL에서 소음이 낮은 착륙 조건은 소음이 높은 착륙 조건 대비 97.9%의 소음 영향 면적 감소를 나타내었으며, 55 DNL에서도 97.3%의 소음 영향 면적 감소를 보였다. 버티포트 주변 소음 영향도는 멀티로터형 UAM의 착륙 조건에 따라 극적인 차이를 보인다. 이는 UAM 운용시 버티포트 인근 소음 영향도의 저감을 위해서는 멀티로터형 UAM 공력/소음 특성 분석 기반의 착륙 조건 선택이 필요함을 의미한다. 또한, 본 연구는 버티포트 주변 지역에 대한 소음 영향을 최소화하기 위해서 다양한 멀티로터형 UAM의 착륙 조건 선택에 대한 선행 연구이다.

In this study, a preliminary investigation of the noise abatement landing procedure of the multirotor type UAM is carried out in CONA framework. The CONA framework is developed to analyze the noise of the multirotor type UAM based on landing trajectories. CONA framework is composed of many modules such as aerodynamics, control module, and noise prediction module for multirotor type UAM noise analysis, including RPM change based on trajectories. The aerodynamic module used parameterized Beddoes wake model, which is one of the prescribed wake models. It is combined with the Farassat Formulation 1A for noise prediction in the noise prediction module. CONA framework is verified through validation and verification studies of the single rotor and quadrotor models. For the quadrotor type UAM, the noise impact is analyzed over a wide range of landing conditions. Based on the results of noise impact according to landing conditions, the three major lading conditions are identified, vertical descent, high noise landing condition, and low noise landing condition. After the detailed analysis of each landing condition in terms of UAM noise, the landing condition with high approach speed and high flight path angle is recommended for noise abatement landing. The noise influence near the vertiport for the landing conditions is presented as the area within the contour line with DNL. At 65 DNL, the low noise landing condition showed a 97.9% decrease in the noise influence area compared to the high noise landing condition, and at 55 DNL, the noise influence area decreased by 87.2%. The noise influence area near the vertiport shows a significant difference depending on the landing conditions of the multirotor type UAM. The results reveal that it is necessary to select a landing condition based on the analysis of the aerodynamic/noise characteristics of the multirotor type UAM to reduce the noise impact near the vertiport during UAM operation. This study pointer towards a selection of various multirotor type UAM landing conditions for minimizing the noise impact on the vertiport surrounding area.