소형 무인기 추진용 덕티드 팬의 3차원 유동장 특성에 관한 실험적 연구

Abstract

소형 무인기 추진용 덕티드 팬의 3차원 유동장 특성에 관한 실험적 연구를 수행하였다. 측풍의 영향은 덕티드 팬의 입구 및 출구 유동장의 불균일한 변화를 발생시키며 덕티드 팬의 안정성에 영향을 미치는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 측풍을 고려한 덕티드 팬의 입구 유동(Inlet flow)과 출구 유동(Outlet flow)의 특성을 3차원 유동장 계측 실험을 통하여 분석하였다. 덕티드 팬의 입구 및 출구에서의 3차원 유동장을 측정하기 위하여 45° 경사 열선을 사용하였다. 45° 경사 열선은 풍동시험을 통하여 보정되었고 보정된 45° 경사 열선을 이용하여 덕티드 팬의 입구 및 출구에서 3차원 유동장을 측정하였다. 측풍은 덕티드 팬을 풍동 시험부에서 90° 회전시켜 고려되었다. 덕티드 팬의 입구 및 출구에서 45° 경사형 열선을 이용한 3차원 유동장 계측을 위하여 고정열선기법을 사용하여 전압 값을 획득하였다. 동일한 지점에서 데이터 값을 획득하기 위해 근접센서를 사용하였으며 계측된 전압 값은 위상평균기법을 이용하여 난동성분을 제거하였다. 3차원 유동장 계측 실험은 덕티드 팬의 입구 및 출구에서 축 방향과 반경 방향으로 일정간격 위치에서 수행되었으며, 측풍의 유무에 따른 덕티드 팬의 입구 및 출구 유동장을 측정함으로써 덕티드 팬의 3차원 속도장 변화를 비교, 분석하였다. 측풍이 없는 경우 덕티드 팬의 입구에서 축 방향 속도는 블레이드의 평균반경 부근과 팁 부근에서 큰 성분을 나타냄을 알 수 있었으며, 출구에서 큰 피치각과 벽면효과에 기인한 2차 유동이 발생하는 특성을 보임을 확인하였다. 또한 측풍이 작용 시 팬 블레이드 회전 방향에 따라 입구 및 출구에서 블레이드 회전속도가 상대적으로 불균일하게 작용하여 입구 및 출구 유동장은 서로 대칭하는 측정위치에 대해 비대칭 및 비균일성의 결과를 보임을 확인하였다.; The experimental analysis on the ducted fan for the propulsion system of a small UAV was performed. In this thesis, to investigate the flow fields characteristics of the ducted fan, both flow fields at inlet and outlet were measured using a hot-wire anemometry. To reproduce the cross wind (3 m/s), the ducted fan was aligned to 90˚ rotated direction against flow direction in the wind tunnel. Because of unsymmetric flow fields at the both inlet and outlet while the cross wind affected to the ducted fan, the flow fields has different characteristics from hovering condition. The variation of the three-dimensional flow fields according to the cross wind were analyzed.