멀티콥터형 PAV(Personal Air Vehicle)의 동축반전 프로펠러에 대한 성능해석

Performance analysis of Coaxial Propeller for Multicopter Type PAV (Personal Air Vehicle)

최대이륙중량 600 kg급의 멀티콥터형 PAV(Personal Air Vehicle)에 사용될 프로펠러의 성능해석을 하였다. 배터리의 중량을 고정하고 최대중량 변화에 따른 정지비행 가능 시간을 추정하기 위하여 Actuator disc 해석과 CFD 해석을 병행하여 수행하였고 결과를 비교하였다. 동축반전형 프로펠러 사이의 유동간섭 영향을 고려하기 위하여 유도동력 간섭계수(kint)를 도입하였고, 이를 이용하여 하나의 프로펠러에 대한 해석 결과로 동축 반전 프로펠러의 성능을 추정하였다. 피치각을 변화시키며 전산해석을 수행하여 Figure of Merit (FM)이 최대가 되는 피치각의 범위를 찾았으며 요구추력에 대한 프로펠러의 설계 RPM을 역 추적하였다. 연구결과는 현용 배터리의 비에너지 밀도로 대형 멀티콥터의 비행시간은 매우 한정적이며 프로펠러 간섭계수의 값을 줄이기 위한 피치 및 프로펠러 간격 설정이 중요하다는 것을 보여준다.

Performance analyses were performed on a propeller developed for use in a PAV (Personal Air Vehicle) under 600 kg Maximum Take-Off Weight (MTOW). The actuator disc theory and CFD analyses were used to estimate the hovering time with regards to MTOW variation for a given battery weight. The interference induced power factor kint was introduced to account for the effect of flow interference between the propellers and to estimate the performance of counter-rotating propellers. The Maximum Figure of Merit (FM) value of the propeller pitch was determined and the design RPM range for the required power inversely obtained from the CFD results. Previous research indicate that the flight time of large multi-copter is limited by the available battery energy density. Similarly, the propeller pitch settings and spacing are important factors in reducing the kint value.