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스포일러 동적 작동에 따른 에어포일 공력특성 역전현상 연구
Computational Investigations of Adverse Effects of Deploying Spoilers on Airfoil Aerodynamic Characteristics 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.5, 2020년, pp.335 - 342  

정형석 (Department of Aerospace Engineering, Korea Air Force Academy)

초록
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스텔스 성능을 향상시키기 위해 꼬리날개를 제거한 무미익 항공기는 러더(rudder)를 대체하여 스포일러(spoiler)를 활용하여 방향조종을 수행한다. 짧은 시간에 스포일러 작동을 반복하는 경우 비정상적(unsteady)이고 비선형적인 공력특성이 발생하여 항공기 비행성능에 역효과(adverse effect)를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 dynamic mesh 기법을 적용한 전산해석을 통하여 스포일러 전개에 따른 에어포일의 비정상 공력 특성을 해석하였다. 스포일러 전개 속도, 장착 위치, 전개 스케줄(deployment scheduling) 변화에 따른 공력특성을 분석하여 스포일러의 동적 작동에 따른 역효과를 감소시킬 수 있는 방안을 검토하였다. 스포일러 장착위치 및 전개 방식의 적절한 선정을 통해 스포일러 동적 역효과를 감소시킬 수 있음을 확인하였으며, 에어포일 형상최적화를 통한 역효과 감소방안에 대한 추가적인 연구가 필요한 것으로 판단된다. 이러한 동적 공력 데이터는 향후 무미익 형태의 항공기 개발에 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Tailless aircraft designed for stealth efficiency uses spoilers instead of rudders for the directional control. When the spoiler is rapidly deployed, highly nonlinear and unsteady aerodynamic characteristics can be generated, resulting in adverse effects on aircraft flight performance. This paper in...

주제어

#스포일러 공력특성   #전산유체 역학   #동적 격자 기법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 dynamic mesh 기법을 적용한 전산해석을 통하여 스포일러 전개에 따른 에어포일의 비정상 공력 특성을 해석하였다. 기존 연구의 풍동시험결과와의 비교를 통해 해석기법을 검증하였으며, 스포일러 작동 속도, 장착 위치, 전개 스케줄(deploymentscheduling) 변화에 따른 공력특성을 분석하여 스포일러의 동적 작동에 따른 역효과를 감소시킬 수 있는 방안을 검토하였다.

가설 설정

  • 전산해석은 Ansys Fluent 프로그램의 transientsolver를 활용하여 스포일러의 동적거동에 따른 비정상 공력특성을 해석하였다. 해석 유속은 12m/sec에서 수행하였으며 저속 영역에서의 계산 효율성을 위해 비압축성(incompressible)을 가정하였다. Pressure-based coupled solver를 사용하였으며, 난류모델은realizable  k- 모델을 적용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
무미익 항공기에서의 스포일러는 어떻게 장착되는가? 1과 같이 크게 두 가지 방식으로 장착된다. X-47b와같이 주 날개 위에 장착되는 방식이 주로 사용되며,B-2와 같이 날개 뒷전(trailing edge)에 장착되어 윗면과 아랫면으로 나뉘어 작동하는 split rudder 방식으로 사용되기도 한다.
항공기의 스포일러의 역할은 무엇인가? 일반적인 항공기의 스포일러는 주 날개 윗면에 장착되어 전개 시 양력을 감소시키고 항력을 증가시키는 효과를 준다. 따라서 하강 각도를 증가시키고 접근 속도를 감소시키는 목적으로 주로 착륙접근 시 대칭적 으로 작동된다.
롤 역전현상이 발생하는 이유는 무엇인가? 또한 스포일러는 고속에서 방향전환을 위한 조종면으로 활용되기도 한다. 고속비행 상황에서 날개 끝(wing tip)쪽에 위치한 에일러론(aileron)을 작동시키면, 날개의 구조물이 비틀리며 양력이 오히려 감소하여 롤링 운동이 반대로 발생하는 롤 역전현상이 발생할 수 있다. 중간 위치에 장착되어 있는 스포일러를 비대칭적으로 작동하면 날개의 구조적 변형을 최소화시키면서 항공기를 효과적으로 선회시킬 수 있다[2,3].
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참고문헌 (6)

  1. http://www.technewsdaily.com 

  2. Toll, T. A., "Summary of Lateral-Control Research," NACA-TN-1245, 1947. 

  3. Christopher, D. H., "Aerodynamic Performance of Low Foam Factor Spoilers," Ph.D. Thesis, University of Manchester, 2010. 

  4. Yeung, W. W. H., Xu, C., and Gu, W., "Reduction of Transient Adverse Effects of Spoilers," Journal of Aircraft, Vol. 34, No. 4, July 1997, pp. 479-484. 

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  5. Choi, S. W., Chang, H. O., and Ok, H., "Parametric Study of Transient Spoiler Aerodynamics with Two-Equation Turbulence Models," Journal of Aircraft, Vol. 38, No. 5, Sept. 2001, pp. 888-896. 

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  6. Chow, R., and van Dam, C. P., "Unsteady Computational Investigations of Deploying Load Control Microtabs," Journal of Aircraft, Vol. 43, No. 5, September 2006, pp. 1458-1469. 

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