일반기술

터보-프롭 항공기 성능해석/비행시험 및 성능도표 작성

본 기술이전 내용은 당 부서에서 개발한 터보-프롭 항공기의 성능예측 프로그램, 성능 비행시험 기법 및 자료처리, 비행교범에 필요한 성능도표작성 프로그램에 관한 것이다. 성능예측 프로그램은 개발 항공기의 엔진 자료 와 풍동시험 또는 비행시험을 통하여 추출된 공력자료를 직접적으로 이용하여, 비행고도, 대기온도, 비행속도 각각에 대해 상승률, 항속거리, 선회반경 등 세부성능을 추정할 수 있다. 부수적으로 계산에 사용된 추진기관 자료 및 공력자료를 비행상태에 따라 추출할 수 있으며, 이를 통해 비행에 필요한 엔진출력, 연료소모율과 받음각, 비행경로각, 트림(trim)을 위한 승강타(elevator)의 변위각 등을 구할 수 있다. 터보-프롭 항공기 성능예측 프로그램은 포트란(Fortran)으로 작성되었으며, 크게 추진기관 자료처리 루틴, 공력특성 자료처리 루틴, 성능방정식(비선형 연립방정식)을 풀기 위한 루틴으로 구성된다. 성능 비행시험 기술은 개발된 항공기의 성능을 비행시험을 통해 확인하기 위한 일련의 시험기법과 결과의 표준화(Standardization) 기술이며, 터보-프롭 항공기의 성능을 인증받기 위한 시험기법 및 분석절차를 포함한다. 성능도표는 비행교범(Flight Manual)에 수록될 항공기의 성능, 즉 실속속도, 최대순항속도, 최대상승율, 항속거리, 항속시간, 선회반경 등을 모든 운용 비행 조건에서 조종사가 별도의 계산과정 없이 한눈에 알 수 있도록 도표화한 것을 말한다. 성능도표 작성에는 전 비행영역에 걸친 성능추출결과를 필요로 하며, 이는 성능예측 프로그램에 비행시험 결과를 반영하여 재구성한 결과를 사용한다. 성능도표작성 프로그램은 포트란(Fortran)을 사용하였으며, 그래픽은 전산기종(Hardware) 및 운영체계(OS) 무관한 프린터 페이지 기술 언어인 포스트스크립트(Postscript)를 직접 기술하는 방식을 사용하였다. 따라서 문서를 만들기 위한 고해상도의 출력물 작성이 가능하다.항공기의 성능예측을 위해서는 추진기관 자료와 공력특성 자료가 필요하며, 또한 이 자료들을 이용하여 성능방정식을 풀어야 한다. 따라서 성능예측 프로그램에는 추진기관자료 처리루틴과 공력자료 처리루틴을 포함하며 주어진 비행조건에 대해 성능방정식을 풀기 위한 루틴으로 구성된다. 추진기관 자료처리 루틴 프로펠러 구동 방식의 항공기인 경우, 프로펠러를 구동하기 위한 엔진과 추력을 발생하는 프로펠러의 성능이 추진기관자료가 된다. 엔진은 주어진 고도, 대기온도, 출력설정, 비행속도에 대해 엔진출력(마력) 과 연료소모율을 제공하며, 프로펠러는 엔진상태와 비행상태에 따라 추력자료를 제공한다. 추진기관 자료처리 루틴에서는 이러한 자료들을 주어진 조건에서 신속하게 추출하기 위하여 보간법을 사용하여 재구성되며, 그 결과는 성능방정식 처리루틴에 제공된다. 공력자료 처리루틴 항공기의 공력자료는 추진기관자료와 더불어 항공기의 성능을 좌우하는 중요한 자료이다. 공력자료는 풍동시험 또는 비행시험을 통해 정확한 자료 획득이 가능하다. 공력자료 처리루틴은 풍동시험 또는 비행시험 자료를 이용한 공력 데이터베이스로 구성되며, 세부적인 성능해석을 위해 다양한 조건에서 공력 자료를 신속하게 제공한다. 성능방정식 처리루틴 아음속 항공기의 성능은 주어진 조건(엔진출력설정, 비행고도, 대기온도, 항공기 외형과 중량 등)에서 비행속도와 비행경로를 구함으로써 결정된다. 즉 항공기의 받음각(AOA, Angle of Attack), 비행경로각(FPA, Flight Path Angle), 트림(trim)을 위한 승강타(elevator) 변위각을 구하면 된다. 성능방정식 처리루틴은 이 세가지의 미지수를 구하고, 그 결과를 이용하여 항공기의 성능을 추출한다.