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CFD를 이용한 추진식 프로펠러 항공기의 Power-on 효과 해석
Numerical Study on the Power-on Effect of a Pusher-propeller Aircraft using CFD 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.42 no.1, 2014년, pp.59 - 66  

조정현 (R&D Center, Korean Air) ,  조진수 (School of Mechanical Engineering, Hanyang University)

초록
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프로펠러 추진 항공기의 경우, 프로펠러 power-on 효과는 항공기의 비행성능 및 조종안 정성에 직간접적으로 커다란 영향을 미친다. 본 연구에서는 CFD 기반의 multiple reference frame과 sliding mesh model을 이용하여 power-on 효과가 항공기의 공력특성에 미치는 영향을 해석하였다. 프로펠러 power-on 효과에 의해 양력이 미소하게 증가하고 최대양력이 증가되며 실속이 지연된다. 반면, 프로펠러 power-on 효과에 의해 항력이 크게 증가하여 양항비가 감소된다. 또한, 프로펠러 power-on 효과에 의해 기수내림 피칭 모멘트가 감소하여 종방향 정안정성이 감소된다. 본 연구를 통해 획득한 프로펠러 power-on 해석결과는 항공기 성능 및 조종안정성 해석에 중요한 자료로 활용되어 추진식 프로펠러 항공기 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the case of a propeller-driven aircraft, power-on effect generated by the propeller has a strong influence on the performance and the stability of an aircraft directly and indirectly. A numerical study on the power-on effect has been performed using the CFD based on the multiple reference frame a...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 CFD 기반 해석 기법 중 MRF 기법과 SMM 기법을 이용하여, 추진식 프로펠러(pusher propeller)에 의해 생성되는 power-on 효과가 프로펠러 추진 항공기(propeller-driven aircraft)의 공력특성에 미치는 영향을 해석하였다.
  • 프로펠러 추진 항공기의 비행성능 및 조종안정성은 프로펠러의 직간접적인 영향을 받는다. 본 연구에서는 CFD 기반의 MRF와 SMM을 이용하여 프로펠러 회전을 모사하고 프로펠러에 의해 생성되는 power-on 효과가 항공기의 공력특성에 미치는 영향을 해석하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
프로펠러 추진 항공기의 공력 특성 변화가 일어나는 이유는 무엇인가 프로펠러 추진(propeller-driven) 항공기의 경우, 프로펠러에 의해 생성되는 power-on 효과로 인해 항공기 공력특성의 변화가 발생한다. 일반적으로 프로펠러 power-on 효과에 의해 최대양력 계수(maximum lift coefficient)가 증가하고 실속(stall)이 지연되며 양력 기울기(lift slope)가 증가한다.
프로펠러에 의한 power-on 효과를 구분하시오 프로펠러에 의한 power-on 효과는 프로펠러에 의해 생성되는 힘과 모멘트에 의한 직접효과 (direct effect)와 프로펠러 후류(slipstream)에 의한 간접효과(indirect effect)로 구분할 수 있다. (1)많은 경우, 프로펠러 후류에 의한 양력 증가, 모멘트 변화, 내리흐름(downwash) 변화, 동압 (dynamic pressure) 증가와 같은 간접효과는 직접효과 보다 중요하다.
수치해석을 이용한 프로펠러 해석 방법은 무엇이 있는가?/ 수치해석을 이용하여 프로펠러와 같은 회전체를 해석하려는 노력은 오래 전부터 계속되었다. 운동량 이론(Momentum Theory)(6)이 고안된 이후, 깃요소 이론(Blade Element Theory)(7-8), CFD 기반의 MRF(Multiple Reference Frame)(9-10), VBM(Virtual Blade Model)(11-12), SMM(Sliding Mesh Model)(13-14) 등 다양한 방법들이 제시되고 있다.
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참고문헌 (16)

  1. Weich, F. E., Abramson, H. N., "Investigation of Lateral Control near the Stall Analysis for Required Longitudinal Trim Characteristics and Discussion," NACA TN-3677, 1956. 

  2. Lee, D. H., Kim, Y. B., Jeon, H. J., and Lee, S. J, "An Experimental Study of the Effects of Power on An Airplane with A Pusher Type Propeller," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 19, No. 2, 1991, pp. 26-36. 

  3. Choi, H. J., Park, S. O., Kim, J. S., and Ahn, S. K., "Experimental Investigation of Power Effect on a Pusher-Type Scale Model Airplane," Proceeding of the 1994 KSAS Fall Conference, 1994, pp. 183-187. 

  4. Park, H. J., Ryi, J. H., and Choi, J. S., "A Study of Aerodynamic Performance variation of Pusher Type Micro Air Vehicle due to the Propeller and Wing Interference," Proceeding of the 2010 KSAS Spring Conference, 2010, pp. 62-68. 

  5. Hur, D. and Ahn, J., "An Experimental Study on the Aerodynamic Influence of the Pusher Propeller on a MAV," Proceeding of the 2010 KSAS Spring Conference, 2010, pp. 69-72. 

  6. Rankine, W. J. M., "On the Mechanical Principles of the Action of Propellers," Trans. Inst. Naval Architects, Vol. 6, 1865, pp. 13-39. 

  7. Froude, W., "On the Elementary Relation between Pitch, Slip, and Propulsive Efficiency," Trans. Inst. Naval Architects, Vol. 19, 1878, pp. 47-65. 

  8. Betz, A., "Schraubenpropeller mit geringstem Energieverlust," Nachrichten d. Kgl. Ges. d. Wissensch. zu Gottingen. Math.-phys. Kl., 1919, pp. 193-217. 

  9. Cho, K. C., Kim, H. J., Park, I. J., and Jang, S. B., "Application of CFD in the Analysis of Aerodynamic Characteristics for Aircraft Propellers," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 40, No. 11, 2012, pp. 917-926. 

  10. Choi, W., "The Study of Advanced Propeller Blade for Next Generation Turboprop Aircraft Part I. Aerodynamic Design and Analysis," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 40, No. 12, 2012, pp. 1017-1024. 

  11. Choi, S. J. and Ahn, J., "A Computational Study on the Aerodynamic Influence of the Pusher Propeller on a MAV (Micro Aerial Vehicle)," Proceeding of the 2009 KSAS Spring Conference, 2009, pp. 108-111. 

  12. Kim, S. G. and Joh, C. Y., "CFD Analysis of Tractor-type Aircraft with Power-on Effect," Proceeding of the 2011 KSAS Fall Conference, 2011, pp. 1149-1152. 

  13. Park, Y. M., Lee, H. C., Kim, C. W., and Chung, J. D., "Stall Characteristics on Mid-size Turboprop Aircraft," Proceeding of the 2012 KSAS Spring Conference, 2012, pp. 146-150. 

  14. Steijl, R. and Barakos, G., "Sliding Mesh Algorithm for CFD Analysis of Helicopter Rotor-Fuselage Aerodynamics," International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol, 58, 2008, pp. 527-549. 

  15. ANSYS FLUENT 12.0 User's Guide, ANSYS, Inc., 2009. 

  16. Doenhoff, A. E. and Abbott, F. T., "The Langley Two-Dimensional Low-Turbulence Pressure Tunnel," NACA TN-1283, 1947. 

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