작성자: 니콜라스 뮬러, UBIQ Aerospace
빙결은 소형 무인항공기(UAV)에 심각한 위협이 됩니다. 이를 위해 UBIQ Aerospace와 노르웨이 과학기술대학교(NTNU)는 빙결이 UAV 성능에 미치는 영향을 평가하는 테스트를 실시했습니다. Flight Stand 15는 실험 장치의 핵심 구성 요소였습니다.
실험 장치:
그림 1: 결빙 윈드터널에 장착된 Flight Stand 15
헬싱키 VTT 연구 센터에 있는 특수 결빙 윈드터널을 사용하여 결빙 연구에 필요한 대기 조건을 조성했습니다. 이 윈드터널은 저온 챔버 내에 위치하며 인공 구름을 생성하는 분무 시스템을 갖추고 있습니다.
프로펠러는 UBIQ Aerospace가 탄소 섬유 기반 가열 소자를 장착하도록 개조한 Mejzlik 프로펠러를 기반으로 하며, 이를 통해 프로펠러 표면의 얼음을 제거할 수 있었습니다.
그림 2: 탄소 섬유 가열 소자가 내장된 프로펠러의 모습
Hacker Q80 모터가 Flight Stand에 장착되었으며, 프로펠러의 가열 소자에 전원을 공급하기 위한 슬립 링도 함께 장착되었습니다. Flight Stand의 Python 인터페이스를 사용하여 실험을 제어했으며, 프로펠러 성능을 실시간으로 분석하여 실험의 전환 시간을 크게 단축할 수 있었습니다.
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결과:
그림 3: 결빙 방지 시스템이 없는 경우 -10°C에서의 프로펠러 성능
실험 결과, 결빙 방지 시스템이 없으면 프로펠러 효율이 60초 만에 최대 80%까지 감소할 수 있음을 확인했습니다. 효율 저하의 주된 원인은 프로펠러 추력 감소입니다. 프로펠러에서 얼음이 떨어지기 시작하면서 프로펠러 효율은 무결 상태 효율의 20% 수준에서 안정화됩니다.
그림 4: -10°C에서 보호된 프로펠러의 성능
보호된 프로펠러는 효율 저하를 줄이고 결빙 조건에서 프로펠러 효율을 유지할 수 있습니다. Flight Stand 15는 결빙 방지 시스템이 장착된 프로펠러의 분석을 가능하게 하고 가속화하는 실험 장치의 핵심 구성 요소입니다.
전체 연구 논문은 여기에서 읽을 수 있으며, 시스템 작동 영상은 여기에서 확인할 수 있습니다.
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