비정렬 격자기법을 이용한 내부 무장창의 유동 특성과 무장 분리 운동에 관한 수치적 연구

Abstract

공동 유동은 주변의 다양한 분야에서 쉽게 볼 수 있는 유동 현상이다. 자동차의 선루프, 항공기의 랜딩 기어, 내부 무장창이 대표적인 예이다. 공동 유동의 가장 큰 특징은 압력 진동이다. 이러한 압력진동으로 인해 구조물 손상 및 소음 발생 등의 문제를 야기한다. 이러한 단점에도 불구하고, 내부 무장창은 무장을 내부에 장착하여 운용함으로써 공력 가열, 항력 및 레이더 피탐지 단면적 감소, 기동성 향상 등의 이점이 있어 오늘날 많은 항공기에 적용되어 운용되고 있다. 하지만, 가장 큰 문제는 무장 분리 시 무장 투하 궤적에도 영향을 주어 목표물에 정확하게 도달할 수 없게 된다는 것이다. 따라서 공동내부에서 일어나는 현상에 대한 정확한 이해가 필요하다. 따라서 공동 유동에 대한 특성을 파악하고 문제를 줄일 수 있는 연구에 대한 필요성이 대두되고 많은 연구자들에 의해 실험 및 수치해석이 진행 되어 왔다. 본 연구에서는 내부 무장창에서의 비정상 유동 특성이 분리운동에 끼치는 영향을 알아보기 위해 비정렬 격자기법을 이용하여 수치적 연구를 수행하였다. 무장 투하 시 무장창이 열리면 공동이 자유류에 노출되고, 이로 인해 전단층이 발생하게 되는데 공동 후미에서 전단층이 부착과 분리를 반복함에 따라 공동 내부에서 압력 진동이 발생하였다. 또한 난류 에디들이 공동 후면에 충돌함으로써 발생한 불규칙적인 유동으로 고주파수 영역의 압력 진동이 발생하였다. 따라서 난류 에디들을 얼마나 잘 모사하느냐가 고주파수 영역을 예측하는데 있어 중요한 요소이며, 난류 에디를 더 잘 모사하는 SST-DES기법이 k-ω SST모델보다 고주파수 영역을 정확하게 예측하였다. 무장이 포함된 경우, 무장창 내부에서는 무장의 영향으로 진동 폭은 약간 감소한 것을 확인 할 수 있었으나 무장창 외부에 위치했을 때 보다는 여전히 압력진동으로 인해 양력과 모멘트의 진동 폭이 크게 나타났다. 무장창에서 멀어질수록 이 폭은 줄어들어 압력 진동 영향에서 벗어난 것을 확인할 수 있었으며, 자유류의 영향으로 항력은 증가하였다. 내부 무장창에서 무장 분리 시 비정상 공력 특성에 의해 분리 시점에 따라 궤적이 달라지게 되어 정확성이 감소하게 된다고 알려져 있으며 실제 해석 결과도 같은 결과를 보였다. 분리 된 시점의 힘과 모멘트의 차이는 무장 분리 궤적의 차이를 야기하며, 고정된 무장 해석 시 나타난 유동장의 특성이 무장 운동의 방향성을 결정하는데 지배적인 영향을 끼쳤다. 압력 진동 감소를 위해 steady-blowing을 적용하여 해석을 수행하였으며, 그 결과 전단층의 진동이 상당히 감소함을 볼 수 있었으며, 그에 따라 압력 진동의 진폭도 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 또, Steady-blowing을 적용함에 따라 분리 시점에 따른 궤적의 차이가 상당히 줄어드는 것을 확인 할 수 있었다.