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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 안존
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 세종대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수48
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오늘날 분산 전기추진 시스템을 채택한 개인용 항공기가 많이 등장하면서 날개끝(wingtip)에 프로펠러를 장착한 모습을 드물지 않게 찾아볼 수 있다. 개인용 항공기의 큰 관심사 중 하나는 순항 거리이며, 순항 거리에 따라 개인용 항공기의 필요성이 좌지우지된다. 따라서 순항 시 공력 성능을 최대한으로 끌어내기 위한 노력이 필요하며, 그 노력 중의 하나가 날개끝 프로펠러이다. 또한, 도심 속에서도 운용되는 개인용 항공기 특성상 소음에도 민감하다.
본 연구에서는 날개끝에 프로펠러를 장착하는 경우 추진식, 견인식 2가지 장착 위치와 프로펠러 회전 방향에 따른 공력 성능과 공력 소음을 비교하였다. 전산유체해석으로 상용 프로그램인 ANSYS Fluent 2019 R3을 사용하였으며 난류 모델은 Spalart Allmaras 모델을 사용하였다. 공력 소음 예측을 위해서는 Fflowcs Williams-Hawkings 음향상사법을 사용하였다. 회전하는 프로펠러 해석을 위해 Moving Reference Frame(MRF)으로 정상 상태를 해석하였고, Sliding Mesh 기법을 사용하여 비정상 상태를 해석하였다.
해석 결과 견인식 프로펠러가 inboard-up 방향으로 회전할 때 단일 날개보다 9.7%의 추가적인 양력을 얻을 수 있었다. 항력의 변화는 미미하였다. 소음 측면에서도 단일 프로펠러와 유사한 음압 수준을 보여주었으며, 프로펠러 회전축 방향으로 발생하는 비정상 하중 소음이 최대 10dB 정도 증가하였다. 추진식 프로펠러는 날개의 공력 성능에는 영향이 적었으며, inboard-up 방향으로 회전할 때 프로펠러의 효율이 높아지는 효과가 있었다. 이는 날개끝 와류에 의해 프로펠러에 유입되는 유동의 상대속도가 증가하였기 때문이다. 하지만 추진식 프로펠러는 회전 방향과 상관없이 회전축 방향으로 최대 30dB가량 증가한 높은 음압 수준이 측정되었다.
본 연구에서는 날개끝에 프로펠러를 장착하는 경우 추진식, 견인식 2가지 장착 위치와 프로펠러 회전 방향에 따른 공력 성능과 공력 소음을 비교하였다. 전산유체해석으로 상용 프로그램인 ANSYS Fluent 2019 R3을 사용하였으며 난류 모델은 Spalart Allmaras 모델을 사용하였다. 공력 소음 예측을 위해서는 Fflowcs Williams-Hawkings 음향상사법을 사용하였다. 회전하는 프로펠러 해석을 위해 Moving Reference Frame(MRF)으로 정상 상태를 해석하였고, Sliding Mesh 기법을 사용하여 비정상 상태를 해석하였다.
해석 결과 견인식 프로펠러가 inboard-up 방향으로 회전할 때 단일 날개보다 9.7%의 추가적인 양력을 얻을 수 있었다. 항력의 변화는 미미하였다. 소음 측면에서도 단일 프로펠러와 유사한 음압 수준을 보여주었으며, 프로펠러 회전축 방향으로 발생하는 비정상 하중 소음이 최대 10dB 정도 증가하였다. 추진식 프로펠러는 날개의 공력 성능에는 영향이 적었으며, inboard-up 방향으로 회전할 때 프로펠러의 효율이 높아지는 효과가 있었다. 이는 날개끝 와류에 의해 프로펠러에 유입되는 유동의 상대속도가 증가하였기 때문이다. 하지만 추진식 프로펠러는 회전 방향과 상관없이 회전축 방향으로 최대 30dB가량 증가한 높은 음압 수준이 측정되었다.
목차
Ⅰ. 서 론1. 연구 배경2. 연구 동향3. 연구 목적Ⅱ. 해석 모델1. 모델 선정1.1 검증용 해석 모델1.2 전산 해석 모델2. 해석 영역 설정Ⅲ. 전산 해석 기법1. 경계 조건2. 격자 생성3. 해석 모델3.1 Spalart-Allmaras 난류 모델3.2 Fflowcs Williams-Hawkings 음향상사법3.3 Fluent Solver 설정Ⅳ. 전산 해석 결과1. 풍동 시험 결과와 전산 해석 비교2. 프로펠러 성능3. 시스템 성능4. 날개와 프로펠러의 간섭5. 소음 해석 결과5.1 단일 프로펠러5.2 전체 시스템Ⅴ. 결 론참고문헌ABSTRACT
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