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다중 덕트 팬 전진 비행 특성에 대한 수치적 연구
Numerical Investigation of Forward Flight Characteristics of Multi-Ducted Fan 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.46 no.2, 2018년, pp.95 - 105  

노나현 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University) ,  오세종 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University) ,  박동훈 (Department of Aerospace Engineering, Pusan National University)

초록
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차세대 회전익기 개발에서 고속화는 중요한 과제이며, 선행 연구들을 통해 덕트 팬을 가지는 비행체는 고속화 실현 가능성이 높은 형상으로 평가된다. 본 연구에서는 다중 덕트 팬 비행체의 전진 비행시의 유동 특성 및 공력 성능 분석을 위한 전산해석을 수행하였다. 전방 팬의 공력 성능은 자유류 유동과 팬 유입류에 의해 결정되는 반면, 후방 팬의 성능은 전방 팬에서 발생한 유동에 지배적인 영향을 받음을 확인하였다. 전진 속도가 증가하며 전방 팬 입구에서의 유동 박리는 후방 팬보다 먼저 발생하며, 덕트 입구 박리는 팬 추력의 증가를 유도한다. 두 덕트 팬 간의 상호 작용으로 인해 후방 팬에는 상대적으로 정렬된 유동이 유입되므로 박리 이전까지 추력이 꾸준히 감소하고, 전/후방 팬의 추력의 급격한 변화는 동시에 발생한다. 전진 속도에 따라 전체 비행체의 수직력은 감소하였다. 이는 팬 후류에 의한 동체 아랫면 압력 저하가 주요 원인으로 분석되었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Increasing cruise speed is an important issue for the development of the next generation rotorcraft. Among several concepts proposed by previous research, the rotorcraft with ducted fan demonstrates its possibility of high-speed flight. In this study, numerical simulations are conducted to investiga...

주제어

#다중 덕트 팬   #복합형 회전익기   #전진 비행   #공력 성능 특성  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
덕트 팬을 가지는 비행체는 어떤 조건으로 운용하는가? 일반적으로 덕트 팬을 가지는 비행체는 수직비행 및 수직-수평 비행 전환 시점에 덕트 팬을 구동하며, 고속 비행 시에는 덮개를 덮은 조건으로 웅요한다. 따라서 덕트 팬이 구동되는 영역의 전진 비행 속도는 상대적으로 저속 영역에 해당한다.
유동 해석에 사용된 기법은 어떻게 수행되는가? 본 연구에서는 유동 해석을 위해 오픈 소스 코드인 OpenFOAM[18]에 깃요소 이론 기반[19]의가상 디스크 기법(ADM, Actuator Disk Method)을 결합한 코드를 사용하였다[20]. 해당 기법은디스크 영역으로 정의되는 계산 체적에서의 속도값을 이용하여 국소 유효 받음각을 계산하며, 해당 유효 받음각에서의 양력/항력 계수를 사용하여 국소 추력/동력 값을 계산한다(식 (1), (2)). 이때, 양력 계수와 항력 계수는 속도와 유효 받음각에 대해 생성해 둔 익형 데이터 테이블로부터값을 읽어 사용한다.
본 연구에서 유동 해석을 위해 어떤 방법을 적용했는가? 본 연구에서는 유동 해석을 위해 오픈 소스 코드인 OpenFOAM[18]에 깃요소 이론 기반[19]의가상 디스크 기법(ADM, Actuator Disk Method)을 결합한 코드를 사용하였다[20]. 해당 기법은디스크 영역으로 정의되는 계산 체적에서의 속도값을 이용하여 국소 유효 받음각을 계산하며, 해당 유효 받음각에서의 양력/항력 계수를 사용하여 국소 추력/동력 값을 계산한다(식 (1), (2)).
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참고문헌 (24)

  1. Hwang, C. J,. Jeong, J. H., Joo, J., and Hwang, I. H., "Noise Reduction Technology for Rotorcraft," Journal of Korean Society for Noise and Vibration Engineering, Vol. 17, No. 5, 2007, pp. 8-15. 

  2. Hwang, C. J., and Kim, S. B., "Analysis and Trend Curve Derivation of Major Design Parameters of Unmanned and Manned Rotorcrafts," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 34, No. 2, 2006, pp. 26-35. 

  3. Park, J. W., Hwang, C. J., Kim, J. H., Ahn, I. K., and Lee, J. H., "Status and Challenges of a High Speed Rotorcraft Technology Development," Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, Vol. 10, No. 1, 2012, pp. 41-48. 

  4. Hirschberg, M., "Sikorsky X2 Goes Faster and Faster," Vertiflite, Vol. 56, No. 3, 2010. 

  5. Hirschberg, M., "X2, X3, S-97 and X-49 :The Battle of the Compounds is Joined," Vertiflite, Vol. 56, No. 4, 2010. 

  6. "Russia Eyes High Speed Helicopters," Flight International, 2011. 

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  22. www.eurocopter.com 

  23. Woo, C. H., Park, N. E., Lee, S. G., and Lee, S. B., "Research on Aerodynamic Characteristics about Fan-in-Fin type Tail Rotor System Using the CFD Analysis," Proceeding of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Fall Conference, November 2016, pp. 561-562. 

  24. Jang, J. S., Ryi, J. H., Hyun, Y. O., Yim, J. B., and Choi, J. S., "A Comparison of Aerodynamic Performance between an Isolated Fan and a Ducted Fan," Proceeding of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Fall Conference, April 2017, pp. 431-432. 

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