A Surface Panel Method for the Analysis of Hydrofoils wih Emphasis on Local Flows around the Leading and Trailing Edges

앞날 및 뒷날 유동 특성을 고려한 표면양력판 이론에 의한 2차원수중익 단면해석

A basic formulation of the panel method, which is based on the potential field formulation, is reviewed for the case of two-dimensional hydrofoil problems. Numerical procedures to improve the computational efficiency of the panel method are suggested. By investigating local behavior of the flow around the trailing edge, a wedge type Kutta condition is formulated. By subdividing the trailing edge panels, where dipole strengths of the subdivided panels follow the local behavior of the potential values of the flow outside a wedge, the circulation around a hydrofoil is calculated accurately with a relatively small number of panels. The subdividing technique to improve the accuracy of the numerical Kutta condition is proved to be efficient. A local behavior of the flow around the leading edge is also investigated. By matching the flow around the leading edge with that around a parabola, a very accurate velocity distribution is obtained with relatively small number of panels. An accurate prediction of the stagnation point and the pressure distribution near the leading edge may contribute to improve the accuracy of cavity predictions and boundary layer calculations around hydrofoils.

2차원 날개 단면 주위 유동문제를 포텐셜장에서의 표면양력판이론에 의하여 해석하였고 수치해석 효율을 증대시키기 위한 방법을 제시하였다. 날개 뒷날에서 유동이 쐐기 주위의 유동과 유사하다는 특성을 이용하여 계산효율을 증대시키기 위한 쐐기형 쿠타 조건(wedge type Kutta condition)을 제시하였다. 또한 쐐기형 계산효율을 증대시키기 위하여 세부 분할 방법을 적용하였다. 즉 날개 뒷날 부근의 4개의 양력판을 세분하고 세분된 양력판에서의 다이폴세기는 쐐기 주위 유동특성을 따르게 하였다. 세부분할 방법에 의한 쐐기형 쿠타조건을 2차원 날개단면 문제에 적용하였을 경우 수치계산 효율이 증가됨이 보였다. 날개 앞날에서의 유동은 앞날 반경(leading edge radius)을 갖는 원에 접하는 포물선(osculating parabola) 주위의 유동과 유사하다는 특성을 이용하여 비교적 적은 양력판 갯수에 의한 계산결과로부터 날개 앞날 주위의 유동을 정확히 계산하였다. 날개 앞날 주위의 급격한 유동변화를 정확히 계산함으로써 캐비테이션 발생 문제 및 날개 주위 경계층 문제를 계산하기 위한 정도 높은 입력자료를 제공할 수 있게 되었다.