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SLD 조건에서 착빙 해석 정확도 개선을 위한 Wall-Droplet Interaction 수치 모델링 및 Deformation 모델 비교 연구
Wall-Droplet Interaction Modeling and Comparative Study on Deformation Models for the Improvement of Icing Analysis Under SLD Conditions 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.4, 2020년, pp.255 - 267  

배진규 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  이관중 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University)

초록
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SLD 조건은 직경이 50㎛ 이상인 과냉각대형액적의 분포가 지배적인 결빙 환경을 뜻한다. SLD 조건에서는 액적의 큰 크기로 인해 wall-droplet interaction, deformation 등의 물리적 현상이 착빙 과정에 중요한 영향을 미친다. 그에 따라 SLD 효과를 수치적으로 모사하기 위한 다양한 연구가 수행되었고, 부착률을 수정하는 후처리 기법을 통해 wall-droplet interaction 현상을 고려하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 방법은 액적이 충돌하는 벽면 특성을 제대로 고려하지 않는 반경험식(Wright Model)을 사용하기 때문에 착빙 영역에서 여전히 부착률과 부착 한계를 과대 예측한다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 착빙 영역을 세 개의 영역으로 구분하였다. 그리고 벽면 특성을 고려하는 Bai and Gosman rebound 모델을 바탕으로 개발한, 새로운 wall-droplet interaction 모델을 후처리 기법에 도입했다. 그리고 액적의 항력계수를 증가시키는 deformation 현상을 반영하기 위해 3가지 deformation 모델을 비교·분석하여 가장 적합한 모델을 선정했다. 앞의 내용을 바탕으로 개발한 SLD 결빙 예측 코드를 검증하기 위해 실험 데이터를 활용하여 해석을 수행했다. 그 결과 수정된 후처리 기법은 착빙 영역에서 rebound 현상에 의한 부착률 감소를 더욱 크게 예측하였고 부착 한계와 부착률 크기를 예측하는 데 있어 향상된 정확성을 보여줬다. 그리고 deformation에 의한 항력계수의 증가를 가장 크게 결정하는 Wiegand model이 실험과 가장 유사한 것을 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Under SLD conditions, due to the large size of droplets, physical phenomena such as wall-droplet interaction and deformation have a significant effect on the icing process. Accordingly, many studies have been conducted in order to computationally simulate SLD effects. As one of the efforts, post-pro...

주제어

#항공기 결빙   #과냉각대형액적   #액적평균직경   #벽면-액적 상호작용   #액적 형상 변형  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
SLD 조건이란? SLD 조건은 직경이 50㎛ 이상인 과냉각대형액적의 분포가 지배적인 결빙 환경을 뜻한다. SLD 조건에서는 액적의 큰 크기로 인해 wall-droplet interaction, deformation 등의 물리적 현상이 착빙 과정에 중요한 영향을 미친다.
SLD 조건에서 착빙 과정에 영향을 미치는 요인은? SLD 조건은 직경이 50㎛ 이상인 과냉각대형액적의 분포가 지배적인 결빙 환경을 뜻한다. SLD 조건에서는 액적의 큰 크기로 인해 wall-droplet interaction, deformation 등의 물리적 현상이 착빙 과정에 중요한 영향을 미친다. 그에 따라 SLD 효과를 수치적으로 모사하기 위한 다양한 연구가 수행되었고, 부착률을 수정하는 후처리 기법을 통해 wall-droplet interaction 현상을 고려하는 방법이 제안되었다.
항공기 결빙의 악영향은? 항공기 결빙 현상은 비행 중 과냉각 액적의 충돌에 의해 발생하며, 날개의 표면 형상과 엔진으로 유입되는 공기의 흐름을 변화시켜 비행 공력성능을 저하시킨다. 또한 예기치 못한 실속을 야기하고, 계측기기 및 조종면의 오작동을 발생시켜 안전상의 위험을 초래할 수 있다. 따라서 항공기 제조사와 인증당국은 수치해석적 기법을 활발히 이용하여 결빙환경에서의 항공기 결빙 해석 및 비행 안정성 분석을 수행하고 있다.
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참고문헌 (20)

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  3. Potapczuk, M. G., "ICE MASS MEASUREMENTS : IMPLICATIONS FOR THE ICE ACCRETION PROCESS," 41st Aerospace Science Meeting and Exhibit AIAA2003-387, January 2003. 

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  5. Honsek, R., "Development of a Threedimensional Eulerian model of droplet-wall interaction mechanisms," M.E. Thesis, Mechanical Engineering Dept., McGill University, Montreal, QC, June 2005. 

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  8. Hospers, J. M., "Eulerian Method for Super-cooled Large droplet Ice-accretion on Aircraft Wings," University of Twente, 2013. 

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  18. Trujillo, M. F, Matthews, W. S, Lee, C. F., and Peters, J. E., "Modeling and Experiment of Impingement and Atomization of a liquid spray on a wall," International Jet Engine Research, No. 1, 2000, p. 87. 

  19. Beaugendre, H., Morency, F., and Habashi, W. G., "FENSAP-ICE's Three-Dimensional In-Flight Ice Accretion Module: ICE3D," Vol. 40, No. 2, 2003 pp. 239-247. 

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  20. Vargas, M., and Feo, A., "Deformation and breakup of water droplets near an airfoil leading edge," Journal of aircraft, Vol. 48, No. 5, 2011, pp. 1749-1765. 

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