본 연구에서는 멀티콥터의 다양한 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 따른 프로펠러의 공력성능 및 주변 유동장을 전사유체해석(CFD)과 풍동시험을 통하여 관찰하고 공력 DB를 확보하고자 한다. 다양한 현재 가장 대중적으로 이용되고 있는 DJI사의 Phantom4를 기준 대상으로 선정하여 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 해당하는 프로펠러 회전수, 비행속도, 비행경사각을 선정하였으며 Phantom4, APC10X5.5MR 프로펠러 총 2종의 프로펠러에 대하여 연구를 진행하였다. 별도의 후류 ...
본 연구에서는 멀티콥터의 다양한 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 따른 프로펠러의 공력성능 및 주변 유동장을 전사유체해석(CFD)과 풍동시험을 통하여 관찰하고 공력 DB를 확보하고자 한다. 다양한 현재 가장 대중적으로 이용되고 있는 DJI사의 Phantom4를 기준 대상으로 선정하여 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 해당하는 프로펠러 회전수, 비행속도, 비행경사각을 선정하였으며 Phantom4, APC10X5.5MR 프로펠러 총 2종의 프로펠러에 대하여 연구를 진행하였다. 별도의 후류 모델링 없이 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 지배방정식을 계산하여 프로펠러의 성능 및 주위의 유동 특성을 해석하고자 상용 전산유체해석 프로그램인 ANSYS Fluent를 활용하였다. 격자는 경계층 유동해석을 위한 Prism 격자와 사면체(Tetrahedral)를 이용한 비정렬 격자계를 구성하였고, Y+10, 5, 3, 1에 해당하는 격자를 생성하고 격자 민감도 연구를 진행하였다. 정지 및 상승 비행의 경우 전산해석과 풍동시험의 추력, 동력 성능의 유사한 경향을 보였다. 하지만 프로펠러 회전수와 비행속도에 따라 다소 오차가 큰 부분도 발생하였다. 하강비행의 경우 풍동시험을 통하여 프로펠러 피치가 클수록 높은 하강비행속도에서 와류고리상태(Vortex Ring State)에 진입하는 것을 확인하였고, 전산유체해석 결과도 동일한 경향성을 보였다. 전진비행의 경우, 풍동시험을 제외한 전산유체해석을 진행하였다. 멀티콥터의 비행속도, 프로펠러 회전수, 비행경사각에 따라서 프로펠러의 추력, 토크, 피칭모멘트를 관찰하였다. 전진비행 풍동시험 벨런스는 추후 설계 할 예정이다.
본 연구에서는 멀티콥터의 다양한 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 따른 프로펠러의 공력성능 및 주변 유동장을 전사유체해석(CFD)과 풍동시험을 통하여 관찰하고 공력 DB를 확보하고자 한다. 다양한 현재 가장 대중적으로 이용되고 있는 DJI사의 Phantom4를 기준 대상으로 선정하여 비행조건(정지, 상승, 하강, 전진비행)에 해당하는 프로펠러 회전수, 비행속도, 비행경사각을 선정하였으며 Phantom4, APC10X5.5MR 프로펠러 총 2종의 프로펠러에 대하여 연구를 진행하였다. 별도의 후류 모델링 없이 비압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 지배방정식을 계산하여 프로펠러의 성능 및 주위의 유동 특성을 해석하고자 상용 전산유체해석 프로그램인 ANSYS Fluent를 활용하였다. 격자는 경계층 유동해석을 위한 Prism 격자와 사면체(Tetrahedral)를 이용한 비정렬 격자계를 구성하였고, Y+10, 5, 3, 1에 해당하는 격자를 생성하고 격자 민감도 연구를 진행하였다. 정지 및 상승 비행의 경우 전산해석과 풍동시험의 추력, 동력 성능의 유사한 경향을 보였다. 하지만 프로펠러 회전수와 비행속도에 따라 다소 오차가 큰 부분도 발생하였다. 하강비행의 경우 풍동시험을 통하여 프로펠러 피치가 클수록 높은 하강비행속도에서 와류고리상태(Vortex Ring State)에 진입하는 것을 확인하였고, 전산유체해석 결과도 동일한 경향성을 보였다. 전진비행의 경우, 풍동시험을 제외한 전산유체해석을 진행하였다. 멀티콥터의 비행속도, 프로펠러 회전수, 비행경사각에 따라서 프로펠러의 추력, 토크, 피칭모멘트를 관찰하였다. 전진비행 풍동시험 벨런스는 추후 설계 할 예정이다.
Multi-copter can be used in many fields because that can perform VTOL(Vertical Take-off and Landing) and Hovering flight. Among the components of the multi-copter, the propeller is a key parts that can practically improve flight performance and decrease noise. In this study, aerodynamic charact...
Multi-copter can be used in many fields because that can perform VTOL(Vertical Take-off and Landing) and Hovering flight. Among the components of the multi-copter, the propeller is a key parts that can practically improve flight performance and decrease noise. In this study, aerodynamic characteristics of multi-copter propeller and flow field are observed using CFD simulation and wind-tunnel-test with various flight condition (hover, ascending, descending and forward flight) for building propeller performance DB. CFD simulation and wind-tunnel-test condition is selected on the basis of DJI Phantom4 is popular multi-copter model. Flow fields occurring in various flight condition are simulated using an industry-standard commercial CFD program, FLUENT. The flow field is analyzed using RANS (Reynolds-Average Navier-Stokes) equation set, with k- SST turbulence model and natural transition. To model the unsteady flow field efficiently, Multiple Reference Frame (MRF) and Sliding Mesh (SM) methods are employed. Numerical results are compared with the experimental data. About 7,000,000 of unstructured grid consisted of tetrahedral and prism is used for flow analysis and grid independent study conducted about y+10, 5, 3, 1. In case of hover and ascending flight condition, tendency of results of CFD and wind-tunnel test is similar, however, there are some errors due to propeller RPM and flight speed. In case of descending flight condition, thrust characteristics of propeller operating in VRS(Vortex ring State) is observed. Finally in forward flight condition, thrust, torque, and pitching moment are observed according to flight speed, propeller speed, and flight angle of multi-copter using CFD simulation. The forward flight wind-tunnel test balance will be designed later.
Multi-copter can be used in many fields because that can perform VTOL(Vertical Take-off and Landing) and Hovering flight. Among the components of the multi-copter, the propeller is a key parts that can practically improve flight performance and decrease noise. In this study, aerodynamic characteristics of multi-copter propeller and flow field are observed using CFD simulation and wind-tunnel-test with various flight condition (hover, ascending, descending and forward flight) for building propeller performance DB. CFD simulation and wind-tunnel-test condition is selected on the basis of DJI Phantom4 is popular multi-copter model. Flow fields occurring in various flight condition are simulated using an industry-standard commercial CFD program, FLUENT. The flow field is analyzed using RANS (Reynolds-Average Navier-Stokes) equation set, with k- SST turbulence model and natural transition. To model the unsteady flow field efficiently, Multiple Reference Frame (MRF) and Sliding Mesh (SM) methods are employed. Numerical results are compared with the experimental data. About 7,000,000 of unstructured grid consisted of tetrahedral and prism is used for flow analysis and grid independent study conducted about y+10, 5, 3, 1. In case of hover and ascending flight condition, tendency of results of CFD and wind-tunnel test is similar, however, there are some errors due to propeller RPM and flight speed. In case of descending flight condition, thrust characteristics of propeller operating in VRS(Vortex ring State) is observed. Finally in forward flight condition, thrust, torque, and pitching moment are observed according to flight speed, propeller speed, and flight angle of multi-copter using CFD simulation. The forward flight wind-tunnel test balance will be designed later.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.