수직이착륙 무인항공기용 엇회전식 덕티드팬의 팁간극 영향에 대한 연구

Abstract

본 연구에서는 수직이착륙 무인항공기용 엇회전식 덕티드팬에 대한 전산해석을 수행하였다. 덕티드팬은 원형의 슈라우드나 덕트로 인해 동익의 끝에서 발생하는 끝단 와류를 감소시켜 팬의 유효반경이 커지게 되며, 덕트가 없을 때보다 높은 공력특성과 안정성을 갖는다. 또한 덕티드팬은 기존의 외부로 노출된 프로펠러에 비해 덕트에 소음을 처리할 수 있는 기법을 적용하여 발생하는 소음을 제어할 수 있고, 추진효율 및 중량대비 추력이 증가되는 장점을 갖는다. 제자리 비행하는 수직이착륙 무인항공기용 엇회전식 덕티드팬의 전·후방동익 팁간극이 덕티드팬에 미치는 영향을 파악하기 위해 전산해석을 수행하였다. SST 난류 모델을 사용하여 엇회전식 덕티드팬의 전산해석을 수행하였다. 엇회전식 덕티드팬 기준형상에 대해 제자리 및 전진 비행 상태의 공력특성을 풍동시험을 통해 계측하여 본 연구에 사용된 전산해석 기법을 검증하였고, 이를 바탕으로 덕티드팬에 대한 해석을 수행하였다. 전산해석 결과를 통하여 엇회전식 덕티드팬에서 특정 동익의 팁간극이 증가하면 그 동익과 덕트의 추력계수는 감소하고, 다른 동익의 추력계수는 증가하는 결과를 나타내었다. 또한, 후방동익의 팁간극이 증가하면 덕티드팬 출구면의 평균 전압을 상승시켜 덕티드팬의 추력을 증가시켰다. 본 연구를 통하여 수직이착륙 무인항공기용 덕티드팬에 대한 해석을 수행하여 설계단계에서 필요하는 공력특성을 도출하였다. 향후 실험계획법을 통하여 전방동익와 후방동익의 팁간극이 엇회전식 덕티드팬에 미치는 영향과 최적의 공력특성을 갖는 팁간극을 찾는 연구가 필요하다. 엇회전식 덕티드팬의 다른 설계변수에 대한 연구를 진행하여 고성능의 엇회전식 덕티드팬 설계에 기여할 것이다.