Cross-rotating Multi-copter

교차회전 멀티콥터

Abstract

To improve an aerodynamic characteristic of the eVOTL aircraft, Korea Aerospace Research Institute (KARI) performed a validity test of the cross-rotating propeller technology. First, CFD analysis was carried out and an idea of the cross-rotating propeller to imply on a multi-copter confirmed with a commerce pitch control multi-copter that has two different blades, 0.11 and 0.21 m. After verifying the idea, a multi-copter with about 3 kg maximum take-off weight (MTOW) was custom designed to complete a ground test to measure thrust and noise. The test was performed with 15 and 22 in. propellers at the identical tip speed. The test results show that the 22 in. propeller with the cross-rotating technology required about 30 % less power and reduced 3~5 dB aerodynamic noise as compared to 15 in. propeller without cross-rotating.

한국항공우주연구원(KARI)은 전기추진 수직이착륙(eVOTL) 항공기 공력성능 향상 방안 연구의 일환으로 교차회전 방식에 대한 기술개발 타탕성에 관한 연구를 진행하였다. 프로펠러 반지름을 증가시켜 전산해석을 수행하고 기존 상용 멀티콥터를 구매하여 0.11 m와 0.21 m 프로펠러를 적용하여 교차회전 구동방식에 관한 기술개발 가능성을 확인한 후, 총 중량 3 kg급의 멀티콥터를 설계 제작하여 추력 및 소음을 측정하기 위한 지상시험을 수행하였다. 교차회전 방식의 효율성을 검증하기 위해 지상시험은 15 in.와 22 in. 프로펠러를 적용하여 동일한 깃끝 속도(Tip speed) 조건에서 추력 및 소음을 측정하여 결과를 비교 분석 하였다. 지상시험결과 요구동력은 22 in. 프로펠러를 적용한 교차회전 방식이 15 in. 프로펠러와 비교하여 약 30%정도 절감 되며 공력소음의 경우 3~5 dB의 소음감소 효과가 측정 되었다.

Fig. 1 Helicopter Benchmark Plot

Fig. 2 CFD Analysis Cases for Cross-rotating

Fig. 3 Collective Pitch Quadcopter, Reaper 500

Fig. 4 Ground Thrust Test Results (Reaper 500)

Fig. 5 Cross-rotating Quadcopter

Fig. 6 Cross-rotating Quadcopter Ground Tests

Fig. 7 DJI Matrice 100 with 13~25 in. Propellers

Fig. 8 Noise Vs. Tip Speed (15 & 22 in.)

Fig. 9 Noise Test Results (15 & 22 in.)

Fig. 10 Ground Test Results (15 & 22 in.)

Fig. 11 Specific Thrust Vs. Thrust (15 & 22 in.)

Fig. 12 Final Ground Test Results (15 & 22 in.)

Table 1 CFD Results for Cross-rotating