로터 성능을 위한 시간전진 자유후류법과 Navier-stokes solver 를 연계한 해석 기법 개발

Abstract

로터 공기역학은 로터에서 발생되는 후류 특성에 의하여 지배된다. 특히 헬리콥터의 제자리 비행의 경우 후류의 구조와 강도에 의하여 공력 성능이 결정된다. 본 논문에서는 회전하는 로터 블레이드 공력을 해석하기 위하여 Naiver-Stokes 해석자와 시간전진 자유후류법을 연계하였다. 로터 블레이드와 주변 유동장은 Naiver-Stokes 해석을 하고 원거리 및 후류 영역은 시간전진 자유후류를 통하여 해석된다. Navier-Stokes 영역의 입류와 출류는 시간전진 자유후류의 와선들을 이용하여 매 시간 계산할 수 있다. 또한 자유후류 와선의 특성은 Naiver-Stokes 해석에서 얻어진 블레이드 단면 양력을 이용하여 얻을 수 있다. 본 방법의 강건성과 효율성을 살펴보기 위하여, 로터 블레이드를 포함하는 계산영역의 크기를 달리하여 해석하였다. 특히 제자리 비행 해석의 경우, 바탕 격자 영역을 제거하고 블레이드 격자만을 이용하여 회전하는 블레이드의 공력을 모사하였다. 본 연계기법에서 블레이드 자체에 의한 경계면에서의 유도속도를 일반적인 양력선을 이용하였을 뿐 만 아니라 포텐셜 기반의 패널을 도입하여 블레이드의 두께와 형상에 의한 효과를 반영하였다. 개발된 연계기법의 결과는 실험값 및 다른 해석 결과와의 비교를 통하여 검증되었다. 본 논문을 통하여 Navier-Stokes 해석자와 시간전진 자유후류 연계기법은 성공적으로 개발되었다.