Dynamic Moving Mesh 기법을 이용한 비행조종작동기 제어용 밸브의 성능 및 캐비테이션 유동 특성 해석

Abstract

비행조종작동기 제어용 밸브의 내부 유동 및 응답 특성을 분석하기 위해 캐비테이션 모델과 격자 이동 기법을 사용하여 정상/비정상 유동의 수치 해석을 수행하였다. 비행조종작동기는 에일러론, 스포일러 등의 항공기 조종면을 구동하는 작동기(actuator)이다. 본 연구에서는 작동기 내 유압을 제어하는 전자-유압식 파일럿 밸브의 내부 유동 특성을 상용코드 CFX를 이용하여 분석하였다. 고차압 제어밸브 내에서 발생 가능한 캐비테이션 유동을 예측하기 위하여 SST(Shear Stress Transport) 난류 모델과 Rayleigh-Plesset 캐비테이션 수치 해석 모델을 조합하였으며, 수치 해석 모델의 성능 검증을 위해 NACA 수중익형에 대한 해석을 수행하여 기존 실험 연구 결과와 비교, 분석을 수행하였다. 작동 온도와 시간에 따른 밸브 내부 유동을 분석한 결과, 일정 온도 이상에서 밸브의 성능 특성이 안정되는 현상을 발견하였고 캐비테이션이 밸브 성능에 미치는 영향성을 파악하였다. 밸브 내부 압력과 비정상 응답 특성을 분석하였으며 비정상 유동이 발달하여 정상 유동 특성과 일치하는 것을 확인하였다. 한편, 비행조종작동기 제어용 밸브 내부 슬라이드 스풀과 슬리브 사이에는 미세한 간극이 존재하며 이로 인하여 내부 누설이 발생하게 된다. 이에 따른 영향을 파악하기 위해 밸브 내부 누설 해석을 수행하여 밸브 성능 및 유동 특성을 비(非)누설 해석 결과와 비교, 분석하였다. 내부 누설에 따른 압력과 저항 계수, 유량 계수 등의 수치 변화를 확인하였고 밸브의 응답 속도 변화를 예측하였다.