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저 레이놀즈수 유동에서 Bumpy Airfoil의 공력 특성 연구
A Numerical Study on Aerodynamic Characteristics of Bumpy Airfoil in a Low Reynolds Number Flows 원문보기

EDISON SW 활용 경진대회 논문집. 제3회(2014년), 2014 Mar. 21, 2014년, pp.521 - 526  

고건 (한양대학교 기계공학과) ,  이수호 (한양대학교 기계공학과) ,  김희재 (한양대학교 기계공학과) ,  이도형 (한양대학교 기계공학과)

초록
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현대에 이르러 초경량 무인 비행기에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 비행체는 저레이놀즈수 영역에서 사용되는 특성으로 인해, 경계층 내에서 박리현상과 난류영역으로의 천이 등과 같은 여러 복합적인 현상을 발생시킴으로써 비행체의 공력특성에 큰 영향을 미친다. Bumpy Airfoil은 저레이놀즈수 유동에서의 이와 같은 문제를 해결하기 위해 제안된 익형이다. 따라서 본 논문은 전산열유체해석 프로그램인 EDISON_전산열유체를 이용하여 Bumpy Airfoil 형상에 대한 공력특성을 연구하였고, 발생하는 양항비를 원 익형과 비교하였다. 비압축성 조건 내에서, 공력 성능 향상을 위한 Bumpy Airfoil의 형상 변수로 Bump 개수와 높이를 선정하여 받음각에 따른 유동장을 분석하고 양항비를 수치해석 및 고찰하였다.

AI 본문요약
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문제 정의

  • 후)저레이놀즈 수">저레이놀즈수 영역에서 양항비를 증가시킨다. 본 연구에서는 CFD를 통한 이러한 Bumpy Airfoil 에 대한 공력특성을 확인하고, 익형의 Bump 개수와 높이를 수정하여 차세대 초경량 무인 비행기에 적합한 익형 설계 방향을 제안해 보기로 한다.
  • 본 연구에서는 웹기반 CFD Solver 중 하나인 EDISON_전산열유체를 사용하여 고정익이 설치된 무인비행기의 익형 NACA 4318과 Bumpy Airfoil의 공력성능을 비교하였으며, 이를 더 향상시키기 위한 방법을 연구하였다. Bumpy Airfoil은 원 익형(Ideal Airfoil)에 Bump를 덧붙인 형태의 익형(1)으로 이를 Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고정익이 설치된 초경량 무인 비행기는 어떤 영역에서 비행하는가? 이와 함께 최근에는 군사나 민간 분야에서 다양한 형상으로 여러 가지 임무에 응용할 수 있는 초소형 비행체(Micro Aerial Vehicle, MAV)와 무인 비행기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 그 중 고정익이 설치된 초경량 무인 비행기(Light-Weight Unmanned Aerial Vehicle)는 개활 지형 넓은 면적의 장거리를 장기간 관측하는 특성상 레이놀즈수가 104~106인 저레이놀즈수 영역에서 비행하게 된다. 저레이놀즈수 유동인 경우 경계층 내에서 박리현상 등의 여러 복합적인 현상으로 인해 유동 교란이 증폭되면서 층류에서 난류로 천이를 발생시켜 비행체의 공력특성에 큰 영향을 미친다.
Bumpy Airfoil의 Geometry 구성을 위해 사용한것은? Bumpy Airfoil의 Geometry 구성을 위해 NACA 4318 의 7%c까지의 앞전 형상을 사용하였는데, 저레이놀즈수 유동에서 특히 중요한 앞전의 곡률반경 분포가 연속적이고 유연하게 만들어진 형상이기 때문이다. 또한 이후 뒷부분 익형을 Bump의 개수 n = 8, 12, 16 로 등분하였고, Bump의 높이 h = 0.
비행체의 공기역학적 특성은? 이러한 현상적 특징으로 인해 비행체는 다음의 공기역학적 특성을 가진다. 첫 번째 특성은 높은 점성효과에 따른 최대 양항비가 감소하는 것이며, 두 번째는 불안정한 유동에 따른 실속각이 증가하는 것이다. 이와 같은 이유로 저레이놀즈수 영역을 비행하는 비행체를 설계하려면 저하된 공기역학적 특성을 보상하기 위한 익형 설계가 필요하다.
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