다중 조화 입력의 개별 블레이드 피치 제어 기법을 이용한 중형 기동 헬리콥터 로터의 능동 진동 제어 = Active Vibration Control of a Medium-Class Utility Helicopter Rotor Using Individual Blade Pitch Control with Multiple Harmonic Inputs

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 회전익기 통합 해석 코드인 CAMRAD II를 이용하여 중형 기동 헬리콥터 로터에 다중 조화 입력(multiple harmonic inputs)의 IBC(Individual Blade pitch Control)를 적용하여 로터 진동을 최소화함과 동시에 로터 성능 향상을 시도한다. 2~5P의 작동 주파수를 각각 사용하는 단일 조화의 IBC 입력을 사용할 경우, 로터 진동 지수(VI) 최소화와 동력(power) 저감을 동시에 얻지 못하였다. 따라서 MATLAB Optimization Toolbox에서 제공하는 미분 구배 기반의 최적화 기법을 이용하여 2P 및 3P IBC 입력의 조합으로 표현되는 다중 조화 입력의 IBC의 피치 진폭(θn,IBC) 및 제어 위상각(φn)을 결정하였다. IBC의 다중 조화 입력으로 2P의 작동 주파수, 1.05°의 피치 진폭, 247.43°의 제어 위상각의 입력(2P/1.05°/247.43°)과 3P의 작동 주파수, 0.95°의 피치 진폭, 161.99°의 제어 위상각의 입력(3P/0.95°/161.99°)을 조합하는 경우, 로터 진동은 69.77% 최소화되며 로터 성능은 0.01%만큼 소폭 향상되었다. 본 연구는 고속 비행 조건에서 최적 설계로부터 결정된 다중 조화 입력의 IBC 적용을 통해 동시 로터 진동 최소화와 성능 향상이 가능함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study attempts to minimize the rotor vibration and improve rotor performance simultaneously when IBC(Individual Blade pitch Control) with multiple harmonic inputs is applied to a medium-class utility helicopter rotor. A rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD II, is used for the rotor aeromechanics modeling and analyses. Parametric studies on IBC with a single harmonic input using 2~5P actuation do not provide simultaneous rotor vibration minimization and power reduction. Therefore, the pitch amplitude(θn,IBC) and the control phase angle(φn) of the IBC multiple harmonic inputs with combined 2P and 3P actuations are determined using a differential gradient-based optimizer provided by MATLAB Optimization Toolbox. When the 2P actuation, the pitch amplitude of 1.05°, the control phase angle of 247.43° input(2P/1.05°/247.43°) and the 3P actuation, the pitch amplitude of 0.95°, the control phase angle of 161.99° input(3P/0.95°/161.99°) are combined for the multiple harmonic inputs of IBC, the rotor vibration is minimized by 69.77% while the rotor power is reduced slightly by 0.01%. This study demonstrates that simultaneous rotor vibration minimization and performance improvement can be achieved using the IBC with multiple harmonic inputs determined from the design optimization at a high-speed flight condition.