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회전익 항공기(헬리콥터) 최적 설계의 최근 개발 현황(Survey of recent developments in rotorcraft design optimization)

전문가 제언: □ 회전익항공기(헬리콥터)는 로터를 회전시켜 양력을 얻기 때문에 통상 고정익항공기와는 다른 장점과 단점을 갖는다. 고정익항공기와 비교해서 전진 비행 속도는 저속이지만, 공중에서 정지 비행, 후속 좌우 비행, 선회 비행, 상승 강하 비행이 가능하기 때문에 매우 한정된 장소에서 수직으로 이착륙이 가능하고, 화물의 매달기 작업, 소방 방재 및 구급업무가 가능한 장점을 갖고 있다. 그러나 소음이 크고, 가격이 비싸고, 운항비가 비싸다는 것이 단점으로 지적되고 있다. 따라서 설계 최적화를 통하여 성능향상은 물론이고 가격과 운항비를 내리기 위하여 설계최적화 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 논문에서는 지금까지 회전익항공기의 최적설계에 대한 연구를 리뷰하고 있다.

□ 회전익항공기의 날개의 설계에서 수많은 설계변수와 제한조건을 요구하며, 유체역학, 구조 및 재료, 동역학 및 제어, 열 및 추진공학 등 여러 가지 공학적 현상의 해석 및 설계상의 이해가 요구된다. 이러한 복잡한 시스템의 최적 설계를 위해서 최근에는 다분야통합최적설계(multidisciplinary design optimization: MDO) 기술에 관심을 갖게 된다.

□ 이 MDO 기술은 최근 컴퓨터 기술의 발전과 새로운 최적화 기술의 발달의 힘입어 세계적으로 연구가 진행되고 있으며, 미국 등 선진국에서는 MDO 기술을 미래지향적 지식기반기술의 핵심과제로 삼아 막대한 국가적 지원을 하고 있다. 미국에 경우는 NASA, NSF 등의 연구지원을 받아 Stanford 대학을 비롯한 여러 개의 대학 연구센터가 설립되어 있고, 산업체에서는 Boeing 항공사, GM, Ford 자동차 회사가 MDO 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 점차 조선, 화공, 반도체 등 공학 전체 분야로 기술의 적용범위가 확산되어 가는 추세이다.

□ 국내에서도 차세대 기술로 MDO 기술의 독자적 조기확보를 위하여 총체적 개발이 시급한 현안이다. 이러한 필요에 따라 최근에 과학기술부 한국과학재단의 지원을 받는 우수 연구센터가 대학에 설립되었으며, 장기적인 계획 하에 이 분야의 전문가들이 협동하여 체계적이고, 유기적인 연구를 수행하고 있다. 국내 산업체에서는 설계를 위하여 CAD/CAE 도구들을 많이 도입하여 사용하고 있으나, 최적 설계의 경우 현업 부서의 전문가가 부족하여 많이 활용되지 못하고 있으며, 대학이나 연구소외의 공동 연구가 약간 이루어지고 있는 실정이다. 이를 극복하기 위하여 설계의 통합화, 자동화, 최적화를 구현하는 MDO 기술의 연구 개발이 절실히 요구되고 있다.

□ MDO 기술의 독자적 개발 및 확보는 기업의 국제 경쟁력을 위하여 필수불가결하다. 그러므로 기업은 MDO 기술을 통하여 합리적이고 효율적인 설계 체계를 확립하면, 21세기 지식기반사회에서 정보기술 및 운용기술을 확보한 차세대 기업으로 변모할 수 있는 획기적 전기를 마련 할 것으로 기대된다.

저자: Ganguli, R
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