프로펠러 설계 디자인과 3D프린터

프로펠러는 일반적으로 파손강도, 소음, 유속 등 RPM에 따른 여러가지 요소를 고려해서 설계를 하게 되고

CFD프로그램 같은 유체역학 분석 프로그램을 통해 사전 분석 과정을 거쳐 개발하게 되는 것으로 알고 있다.

이왕 3D프린터를 구입하였고

취미도 무선조종장치를 하고 있는 이상 나도 한번 프로펠러를 설계해서 만들어보고 싶은 욕심이 생기는 것은 당연한 수순일 것이다.

우선 프로펠러 설계를 위해 기본적인 물리학 법칙 들은 숙지를 하고 시작하는게 좋겠다.

양력의 발생 원리라든가 베르누이의 정리라든가 그런 비행체의 원리, 드래그포스는 왜 생기는가, 전단응력이나 외팔보 등의 파손이론, 토크의 발생 뭐 그런것들 말이다.

사실 꽤 많은 시간을 공부했음에도 어렵다.

특히 시그마는 어떻고 쎄타는 어떻고 입실론은 어떻고 하는 그리스 문자가 나오기 시작하면 그야말로 패닉.

극단면계수 등등 수학적 계산이 나오기 시작하면 손발이 어지러워진다.

자 이제 어떻게 만들지 그것에만 집중해야할 시간이다.

일단 나는 이렇게 해보고 싶다.

1. 전기 모터를 사용하여 추진

2. 모터 팬크기에 맞추어 중심의 원추 크기를 조절

3. 프롭의 형상은 유입시 고각에서 시작하여 점차적으로 각을 줄여나가되 모터캔의 길이 혹은 그것보다 더 길게 만들 것

- 헬리컬 모양의 프롭이 되며 공기를 점차적으로 가속시키고자 하는 것이다

- 이는 사출성형이나 절삭가공 같은 기존의 일반적인 프롭생산 방식이아닌 3D프린터 출력인 점을 고려한 것이다.

4. 덕티드팬 형식을 취하여 일부 혹은 전부의 프롭을 둘러쌀 것

- 프롭의 크기로 인해 회전시 프롭이 축의 바깥 부분으로 일부 변형될 것이다. 덕트는 이에 맞추어 여유 있는 크기가 되어야 할 것이다.

5. 프롭의 선단은 비행기 양력의 발생원리와 같이 유선형 디자인을 채택할 것

6. 파손 방지를 위해 축에 가까운 부분은 라운드를 조금 주는 것이 좋겠다.

7. 매우 중요한 점인데 모터를 고정하기 위한 브라켓은 축이 돌출된 부분이 아닌 반대편 면에 있어야 한다. 주로 알시자동차용 모터는 축이 있는 면에 고정용 구멍이 있고 드론용은 축의 반대편에 고정용 구멍이 있는 편이다. 이 브라켓에 덕트가 연결되어야 하며 덕트는 본체 프레임과 연결되어야 한다. 브라켓은 프롭의 회전을 방해하지 않아야 한다. 브라켓은 공기저항을 발생시킬 수 밖에 없으나 최소화하기 위한 노력이 필요하다. 전기선은 이 브라켓 뒤로 숨기어 공기 저항을 최소화하면 좋을 것 같다.

8. 프린터의 출력 능력을 고려하여 오버행을 어떻게 시킬지 고민하며 설계한다.