시간영역 패널법을 이용한 항공기 전기체 및 헬기 로터의 공력해석

Abstract

본 연구에서는 시간영역 패널법을 이용하여 포텐셜 유동 조건 하에 있는 고정익 무인항공기 및 회전익 항공기 로터의 공력해석을 수행하였다. 이 방법은 구간일정강도 용출 및 중첩 특이점을 사용한 시간영역 패널법으로 양력면들의 상호작용이 고려되었다. 본 연구 방법은 Dirichlet 경계조건에 기초한 포텐셜 기저 패널법과 시간전진법을 결합한 방법이다. 복잡한 비정상 운동으로 인해 생성된 비행경로 및 로터의 정확한 후류형상을 모사하기 위해 자유후류기법을 사용하였다. 후류가 꼬리날개나 로터 블레이드를 관통하는 현상을 막기 위하여 근접 접근법을 사용하였다. 회전익 항공기의 로터 끝 단에서 발생하는 압축성 효과를 고려하기 위해 Prandtl-Glauert rule을 적용하였다. 회전익 항공기 로터 후류의 모사를 위해 선형적 유도속도를 사용하였다. 회전익 항공기 로터에서 발생하는 큰 강도의 출발 와류의 생성을 피하기 위해 초기 2회전까지 회전 수를 증가시키는 방법을 사용하였다. 회전익 항공기 로터에서 발생하는 출발 와류를 회피하기 위해 초기 2회전까지 유도속도를 증가시켜 상승효과를 내는 방법을 사용하였다. 개발된 프로그램과 기법들의 정확성을 검증하기 위해 2차원 익형, 3차원 날개, 고정익 항공기 형상 및 회전익 항공기 로터에 대해 적용하였다. 대한항공의 고정익 근접감시용 무인항공기 형상에 대해 공력해석 결과를 풍동시험 결과와 비교하였다. 선형 영역에서는 잘 일치하는 결과를 얻었으나 풍동시험 측정결과의 비선형성을 충분히 모사하지는 못하였다. 공력계수를 추출하여 타 공력해석 프로그램과 비교하여 향상된 결과를 얻었다. 회전익 항공기 로터에 대해 제자리 비행 시 공력해석을 수행하였다. 압축성 효과를 고려한 공력해석 결과와 Caradonna와 Tung의 실험 결과를 비교하였다.