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터보프롭 항공기의 실속 특성 수치해석
Numerical Analysis of Stall Characteristics for Turboprop Aircraft 원문보기

항공우주기술 = Aerospace engineering and technology, v.11 no.2, 2012년, pp.65 - 72  

박영민 (한국항공우주연구원 중형기체계설계팀) ,  정진덕 (한국항공우주연구원 중형기체계설계팀)

초록
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프로펠러와 고양력장치를 장착한 터보프롭 항공기에 대한 실속 특성 분석을 위해 수치 해석을 수행하였다. 항공기의 실속 특성은 프로펠러와 고양력 장치의 장착 조합에 따른 형상별 전산해석 결과를 통해 정성적으로 분석하였다. 실속 특성 해석은 Spalart-Allmaras 난류 모델을 기반으로 한 3차원 Navier-Stokes 방정식 해법을 이용하였으며 프로펠러의 회전은 슬라이딩 격자기법을 이용하여 모사하였다. 분석 결과 순항 형상의 경우 동체/날개 페어링에서 주요 유동박리가 발생하며 프로펠러 후류로 인해 점차 감소함을 알 수 있었다. 고양력장치를 장착한 경우 나셀 바깥쪽에서 주요 유동박리 현상이 발생하였고 프로펠러가 회전하는 경우에도 상대속도 감소와 유효 받음각 증가로 나셀 바깥쪽 날개 부분은 조기에 실속에 잠김을 알 수 있었다. 프로펠러는 날개의 inboard에서 하강하는 회전 방향이 프로펠러 후류로 인한 실속 지연 측면에서 유리함을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Numerical simulations were performed to study the stall characteristics of turboprop aircraft. Stall characteristics were qualitatively investigated using the computational results of various configurations based on the combinations of propeller and high lift device. For the analysis of stall charac...

주제어

#파워효과   #고양력장치   #실속   #전산유체역학  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 전산해석을 이용한 터보프롭 항공기의 프로펠러와 날개간의 간섭은 참고문헌[9,10]에서 수행한 바 있다. 본 논문에서는 참고문헌[9,10]의 연구에 이어 터보프롭 항공기의 실속 특성을 전산해석 결과를 통해 살펴보았다. 터보프롭 항공기의 실속 특성에 영향을 주는 요인으로는 기체의 받음각과 더불어 프로펠러 후류나 나셀의 형상을 들 수 있다.
  • 본 논문에서는 터보프롭 항공기에 대하여 프로펠러와 고양력장치의 장착에 따른 실속 특성을 전산해석 결과를 통해 살펴보았다. Clean 형상 해석 결과 주로 wing/body 페어링 부분에서 실속을 유도하는 유동박리 현상이 발생함을 확인할 수 있었다.
  • 터보프롭 항공기의 실속 특성에 영향을 주는 요인으로는 기체의 받음각과 더불어 프로펠러 후류나 나셀의 형상을 들 수 있다. 이에 본 논문에서는 터보프롭 항공기의 프로펠러 및 고양력장치의 장착 조합에 따른 실속 특성을 전산해석 결과를 통해 정성적으로 살펴보았다.

가설 설정

  • 계산 과정에서는 고양력장치가 없는 순항 형상인 clean 형상과 DSF(double slotted flap) 형상에 대하여 계산을 수행하고 비교하였다. 프로펠러는 좌우 대칭으로 회전한다는 가정 하에 계산시간 절감을 위하여 기체의 좌측 부분만 해석하였다. 좌측 프로펠러는 전방에서 보았을 때 반시계 방향으로 회전한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
터보프롭 항공기가 프로펠러의 후류에 의해 많은 영향을 받는 이유는? 터보프롭 항공기는 추력을 발생시키는 프로펠러가 외부가 노출되어 있으므로 프로펠러의 후류에 의해 많은 영향을 받게 된다. 이러한 프로펠러 후류의 영향성은 프로펠러가 점차 고추력화로 발전함에 따라 더욱 강하게 발생하므로 항공기 개발 과정에서는 이러한 점을 감안하여 날개와 고양력장치 등을 설계해야 한다[1].
프로펠러를 장착할 경우 유동박리 현상은 어떻게 나타나는가? 프로펠러가 장착된 clean형상에 대해서 실속 특성을 그림 7에 도시하였다. 프로펠러를 장착할 경우 유동박리 현상은 프로펠러가 없는 경우보다 비교적 약하게 발생하며 실속이 발생한 이후에도 프로펠러 후방 영역에서는 유동박리 현상이 발생하지 않는다. 이는 프로펠러의 후류 에너지가 유입되어 실속을 지연시키기 때문으로 파악되며 추력이 강할수록 넓게 발생한다.
전산해석 방법을 이용한 프로펠러를 포함한 전기체 해석의 관점은? 전산해석 방법은 기본설계 과정에서 BEM 방법과 함께 VLM 혹은 Euler 해석 방법을 이용하여 프로펠러를 포함한 전기체 해석을 시도하기도 하였다. 이 경우 해석의 관점은 실속 특성 분석보다 항공기의 전반적인 공력특성이나 조정 및 안정성 해석에 중점을 두고 있다.
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참고문헌 (10)

  1. Chung, J. D., "Summery of Propeller Slipstream Effect," KARI-AESD-TM-2010-004, 2010. 

  2. Huhnd, M., and Schmid-Goller, S., "Aspect of Low Speed Wind Tunnel Testing on an A400M Model with Propeller Simulation," Notes on Numerical Fluid Mechanics, Vol. 77. 2002. 

  3. Carl, L. G. Jr., Takallu, M. A., and Applin, Z. T., "Aerodynamic Characteristics of a Propeller-powered High-Lift Semispan Wing," NASA TM 4541, 1994. 

  4. Custers, L. G. M., "Propeller-wing Interference Effects at Low Speed Conditions," NLR TP 96312, 1996. 

  5. Catalano, F. M., "On the Effects of an Installed Propeller Slip-stream on Wing Aerodynamic Characteristics," Acta Polytechnica, Vol. 44, No. 3, 2004. 

  6. Veldhuis, L. L. M., "Review of Propeller-Wing Aerodynamic Interference," 24th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2004. 

  7. Veldhuis, L. L. M., "Propeller Wing Aerodynamic Interference", Delft University Of Technology, 2005. 

  8. Waller, G., "CFD Prediction of Stability Derivatives of a Turboprop Aircraft Using a Cartesian Grid Based Euler Code," 22th International Congress of the Aeronautical Sciences, 2002. 

  9. Park, Y. M., Kim C. W., Chung, J. D., and Lee, H. C., "Numerical Simulation of Propeller Slipstream Effect on Wing Aerodynamic Characteristics," KSCFE Spring Conference, 2011. 

  10. Park, Y. M., Kim C. W., Chung, J. D., and Lee, H. C., "Numerical Study of Propeller and High Lift Device Aerodynamic Interference," Journal of KSCFE, Vol. 16, No. 4, 2011. 

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