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문제 정의
- 본 논문에서는 OpenFOAM을 이용하여 항공기 초기 설계 단계에 신속하고 효율적인 적용을 위해 CAD프로그램을 활용한 형상변형의 체계화, snappyHexMesh를 이용한 자동격자생성, 기 검증된 OpenFOAM의 내재적 압축성 해석자인 ISAAC 을 이용한 Euler 해석을 통해 수치해석의 효율성을 높이고자 하였다.
- 본 논문에서는 snappyHexMesh[8]로 생성된 격자를 사용하여 Euler 해석을 통해 버펫의 원인이 되는 나셀, 파일론, 날개 사이의 간섭현상의 예측 정확성을 검증하였다. Rossow et al.
- 본 논문에서는 양력 및 항력을 이용한 꺾임 분석 방법을 이용하여 나셀의 위치에 따른 버펫의 원인이 되는 유동현상을 분석하였다.
- 본 논문에서는 항공기 엔진의 위치 설계에 반영하기 위해 엔진 위치에 따라 발생하는 버펫에 대한 유동 메커니즘과 공력성능에 대한 영향력을 분석하였다. 이를 위해 버펫의 원인인 엔진, 파일론, 날개 사이의 강한 충격파와 날개 뒷전에서 발생하는 역압력 구배를 적절히 예측할 수 있고[3], Navier -Stokes 해석에 비해 보다 빠른 격자 생성 및 해석이 가능한 Euler 해석을 수행하였다.
- 본 연구를 통해 설계 초기 단계 시 엔진 위치에 따른 항공기 성능에 변화에 대한 정성적인 경향성 확인하였다. 향후 연구에서 본 연구를 바탕으로 효율적인 엔진 위치의 설계가 가능 할 것으로 판단된다.
- [9]은 Oliver Born의 외재적 시간 적분법이 적용된 Density-based turbo 해석자를 기반으로 LU-SGS를 이용한 내재적 기법이 적용된 압축성 유동 해석자인 ISAAC을 개발하였다. 본 연구에서는 ISAAC을 이용하여 압축성 유동에 대한 Euler 해석을 수행하였다. 원방경계에는 Riemann 경계조건을 적용하였으며, Flux scheme으로는 Roe[13]의 approximate Riemann solver를 사용하였다.
- 본 연구에서는 초기 설계 단계에서 버펫을 고려한 엔진 위치의 설계에 반영하기 위해 엔진 위치 변화에 따라 나셀, 파일론, 날개 사이에서 발생하는 버펫에 대한 정성적인 분석을 수행하였다. 나셀 위치에 대한 파라메트릭 스터디 결과, 나셀과 날개사이의 거리가 멀어지고, 나셀이 날개 앞전 방향으로 이동할수록 버펫이 일어나지 않았다.
- 본 연구에서는 하강조건과 같은 항공기의 임계운용 영역에서 나타나는 버펫을 고려한 나셀 위치의 이동이 순항조건 (M∞ = 0.74, α= 0.98deg)에서의 항공기 성능에 어떠한 영향을 미치는지 분석하였다.
- 또한, 정상적 천음속 버펫 예측방법으로 공력 특성 곡선 꺾임 분석 방법을 적용하여 버펫 발단 경계를 예측하였고 버펫 발단 이후에 나타나는 비정상 유동에 대해 해석함으로써 유동메커니즘에 대한 분석을 진행하였다. 이를 통해 초기 설계 단계에서 결정되는 엔진 위치설계를 위한 정성적인 경향을 제시하였다.
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