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[국내논문] 저속 결빙조건이 표면 조도 형성에 미치는 영향에 관한 실험적 연구
Experimental Investigation on the Effect of Low-Speed Icing Condition to the Surface Roughness Formation 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.2, 2020년, pp.99 - 108  

강유업 (Department of Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  민승인 (Department of Aerospace Engineering, Seoul National University) ,  김태성 (Department of Wind Energy, Technical University of Denmark (DTU)) ,  이관중 (Institute of Advanced Aerospace Technology, Seoul National University)

초록
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항공기 결빙 분야에서 표면 조도는 대류 열전달을 강화하고 국소 액적 부착률(Local Collection Efficiency)을 변화시킨다는 점에서 매우 중요한 요소로 받아들여지고 있다. 이에 따라 최근 결빙실험 분야에서는 표면 조도 형성과정 데이터를 획득하기 위한 노력이 진행되고 있다. 한편, 이러한 실험은 데이터 측정의 어려움으로 인해 주로 저속 결빙조건에서 수행되고 있다. 그러나 저속조건이 표면 조도의 최종 형상에 미치는 영향은 아직 거의 알려진 바가 없다. 본 연구는 저속 결빙조건에서 실험을 수행하고, 획득한 표면 조도 데이터와 결빙조건과의 연관성을 분석하였다. 분석 방법으로는 기존 고속조건 실험에 활용되는 지배 파라미터를 이용하였으며, 표면 조도의 경향성을 기존 고속 실험 결과와 비교하였다. 표면 조도 크기는 기존에 알려진 경향성과 잘 일치했지만, smooth zone 폭은 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the field of aircraft icing prediction, surface roughness has been considered as critical factor because it enhances convective heat transfer and changes local collection efficiency. For this significance, experimental studies have been conducted to acquire the quantitative data of the formation ...

주제어

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Scaling method는 어떻게 동작하는가? 이러한 문제는 scaling method를 활용하여 해결될수 있다. Scaling method는 결빙 과정을 이루는 각물리 현상들의 상사성을 기준으로 결빙 변수들을 묶어 하나의 스케일링 파라미터로 제시한다. 따라서 복잡하게 얽힌 결빙 변수들을 각 물리현상 단위로 정량화하는 것에 유용하게 활용된다.
Messinger 모델은 어떤 기반이 되었는가? 그중에서도 Messinger는 다음과 같은 가정들을 도입 하여 얼음이 형성되는 열역학 과정을 단순화하였다 [2]; (1) 표면에 충돌한 물은 수막(Water Film) 형태로 존재한다, (2) 얼지 않은 물은 모두 뒷전 방향으로 이동한다. 이러한 Messinger 모델은 초기 결빙 수치해석 열역학 모델의 기반이 되었다.
과냉각 액적으로 생기는 문제점은? 항공기가 과냉각 액적을 함유한 구름 속을 지나면, 과냉각 액적은 항공기 표면에 충돌하여 얼음으로 변한다. 이렇게 형성된 얼음은 항공기 공력성능 및 안정성을 심각하게 저해하는 다양한 원인이 된다. 먼저, 주날개 앞전(Leading Edge)에 얼음이 형성되면 압력 분포의 변화로 에어포일의 양항비가 감소하고, 실속의 위험성이 증가한다.
질의응답 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (24)

  1. Langmuir, I., and Blodgett, K. B., "A Mathematical Investigation of Water Droplet Trajectories," Army Air Forces Technical Report No. 5418, February 1946. 

  2. Messinger, B. L., "Equilibrium Temperature of an Unheated Icing Surface as a Function of Air Speed," Journal of the Aeronautical Sciences, January 1953, pp. 29-42. 

  3. Olsen, W., and Walker, E., "Experimental Evidence for Modifying the Current Physical Model for Ice Accretion on Aircraft Surfaces," NASA-TM-97184, 1986. 

  4. Henry, R. C., Hansman, R. J., and Breuer, K. S., "Heat Transfer Variation on Protuberances and Surface Roughness Elements," Journal of Thermophysics and Heat Transfer, Vol. 9, No. 1, 1995, pp. 175-180. 

  5. Matheis, B., and Rothmayer, A., "Impact of Surface Roughness on Local Aerodynamics using a Three-dimensional Navier-Stokes Solver," In: 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5-8 January, 2004. 

  6. Vargas, M., "Current Experimental Basis for Modeling Ice Accretions on Swept Wings," Journal of Aircraft, Vol. 44, No. 1, 2007, pp. 274-290. 

  7. Gent, R. W., Dart, N. P., and Cansdale, J. T., "Aircraft Icing," Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, Vol. 358 No. 1776, 2000, pp. 2873-2911. 

  8. Ruff, G. A., and Berkowitz, B. M., "User's Manual for the NASA Lewis Ice Accretion Prediction Code(LEWICE)," NASA-CR-185129, 1990. 

  9. Fortin, G., Laforte, J. L., and Ilinca, A., "Heat and Mass Transfer during Ice Accretion on Aircraft Wings with an Improved Roughness Model," International Journal of Thermal Sciences, Vol. 45, No. 6, 2006, pp. 595-606. 

  10. Croce, G., Candido, E. D., Habashi, W. G., Munzar, J., Aube, M. S., Baruzzi, G. S., and Aliaga, C. N., "FENSAP-ICE: Analytical Model for Spatial and Temporal Evolution of In-flight Icing Roughness," Journal of Aircraft, Vol. 47, No. 4, 2010, pp. 1283-1289. 

  11. Ozcer, I. A., Baruzzi, G. S., Reid, T., Habashi, W. G., Fossati, M., and Croce, G., "FENSAP-ICE: Numerical Prediction of Ice Roughness Evolution, and its Effects on Ice Shapes", SAE Technical Paper, No. 2011-38-0024. 

  12. Shin, J., "Characteristics of Surface Roughness Associated with Leading-Edge Ice Accretion," Journal of Aircraft, Vol. 33, No. 2, 1996, pp. 316-321. 

  13. Anderson, D. N., and Shin, J., "Characterization of Ice Roughness from Simulated Icing Encounters," In: 35th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 6-9 January, 1997. 

  14. Hansman, R. J., and Turnock, S. R., "Investigation of Surface Water Behavior during Glaze Ice Accretion," Journal of Aircraft, Vol. 26, No. 2, 1989, pp. 140-147. 

  15. Anderson, D. N., Hentschel, D. B., and Ruff, G. A., "Measurement and Correlation of Ice Accretion Roughness," In: 36th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 12-15 January, 1998. 

  16. Milne, A. J. B., and Amirfazil, A., "Dropt Shedding by Shear Flow for Hydrophilic to Superhydrophobic Surfaces," Lanmuir, Vol. 25, No. 24, 2009, pp. 14155-14164. 

  17. Zhang, K., Rothmayer, A. P., and Hu, H., "An Experimental Investigation on Wind-Driven Rivulet/Film Flows over a NACA 0012 Airfoil by Using Digital Image Projection Technique," In: 52nd AIAA Aerospace Sciences. Meeting Exhibit, 13-17 January, 2014. 

  18. Zhang, K., Wei, T., and Hu, H., "An Experimental Investigation on the Surface Water Transport Process over an Airfoil by using a Digital Image Projection Technique," Experiments in Fluids, Vol. 56, No. 9, 2015. 

  19. Kang, Y.-E., Min, S., Kim, T., and Yee, K., "Initial Bead Growth and Distribution under Low Speed Icing Condition," International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019 accepted, In press. 

  20. Georgakis, C. T., Koss, H. H., and Ricciardelli, F., "Design Specifications for A Novel Climatic Wind Tunnel," In: 8th International symposium on cable dynamics, 20-21 September, 2009. 

  21. Son, C., Min, S., Kim, T., Kim., S.-T., and Yee, K., "Icing Wind Tunnel Tests to Improve the Surface Roughness Model for Icing Simulations," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 46, No. 8, 2018, pp. 611-620. 

  22. Han, Y., and Palacios, J., "Surface Roughness and Heat Transfer Improved Predictions for Aircraft Ice-Accretion Modeling," AIAA Journal, Vol. 55, No. 4, 2017, pp. 1318-1331. 

  23. Bond, T. H., and Anderson, D. N., "Manual of Scaling Methods," NASA-CR-2004-212875, 2004. 

  24. Poinsatte, P. E., "Heat Transfer Measurements from a NACA 0012 Airfoil in Flight and in the NASA Lewis Icing Research Tunnel," NASA-CR-4278, 1990. 

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