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Numerical Investigation on Interference Effects of Tandem Rotor in Forward Flight

전진 비행하는 탠덤로터의 간섭효과에 대한 수치적 연구

  • 이재원 (부산대학교 기계기술연구원) ;
  • 오세종 (부산대학교 항공우주공학과) ;
  • 이관중 (부산대학교 항공우주공학과) ;
  • 김덕관 (한국항공우주연구원)
  • Published : 2009.07.01

Abstract

The objective of this study is to investigate the interference effects due to tandem rotor's overlap in the forward flight. To resolve the instabilities caused by close proximity of the wake to the blade surface, the field velocity approach is implemented to the existing unsteady panel code coupled with a time-marching free wake model. The modified code is then used to investigate the effects of the selected parameters on the forward flight performance of the tandem rotor. The calculated results for rotor separation effect indicate that stagger(d/D) appears to have little effects on the forward flight performance at high advance ratio and the square of gap(H/D) is inversely proportional to overlap induced power factor. In addition, it is also shown that the overlap induced power factor increases to a certain extent and decrease back as the advance ratio increases.

본 논문에서는 전진 비행하는 탠덤로터의 로터 겹침에 의한 간섭효과에 대해 연구하였다. 기 개발된 시간전진 자유후류 모델이 고려된 비정상 패널 코드는 후류와 깃(blade)이 아주 근접한 경우에 불안정성이 발생하였다. 이를 제거하기 위해서 장속도기법을 적용하여 코드를 개선하였다. 개선된 코드를 이용하여 전진 비행하는 탠덤로터의 상호작용에 가장 큰 영향을 미치는 인자인 로터 간격과 전진비에 따른 파라메타 연구를 수행하였다. 공력성능의 비교를 통해 겹침유도동력계수는 일정한 전진비 이후에는 로터 사이의 수평 거리의 영향은 거의 받지 않으며, 수직 거리의 제곱에 반비례하는 것을 알 수 있었다. 또한 전진비가 증가함에 따라 겹침유도동력계수는 증가하다가 감소하는 경향을 보였다.

Keywords

References

  1. Dingeldein, R. C., "Wind-tunnel Studies of the Performance of Multirotor Configurations", NACA TN 3236, Aug. 1954.
  2. Huston, R. J., "Wind-tunnel Measurements of Performance, Blade Motions, and Blade Air Loads for Tandem-Rotor Configurations With and Without Overlap", NASA TN D-1971, Oct. 1963.
  3. Stepniewski. W. Z. and Keys, C. N., Rotary-Wing Aerodynamics, Dover, 1984, pp. 188-190.
  4. Bagai, A. and Leishman, J. G., "Free-Wake Analysis of Tandem, Tilt-Rotor and Coaxial Rotor Configurations", Journal of the American Helicopter Society, Vol. 41, No.3, 1996, pp. 196-207. https://doi.org/10.4050/JAHS.41.196
  5. Griffiths, D. A., and Leishman, J. G., “A Study of Dual-Rotor Interference and Ground Effect Using a Free-Vortex Wake Model", American Helicopter Society 58th Annual Forum, Montreal, Canada, June 11-13, 2002.
  6. 채상현, 백선우, 이상일, 김태우, 이준배, 이관중, 오세종, “동축 반전 로터 MAV 개발", 한국항공우주학회지, 제35권 제10호, 2007.10, pp.875-883.
  7. 김상덕, 변영섭, 송준범, 이병언, 송우진, 김정, 강범수, “동축반전 헬리콥터형 소형 무인항공기 설계 및 제작”, 한국항공우주학회지, 제37권 제3호, 2009.03, pp. 293-300. https://doi.org/10.5139/JKSAS.2009.37.3.293
  8. 박상규, 이재원, 이상일, 이관중, 오세종, “자유후류 기법을 이용한 다중로터 공력해석 프로그램의 개발 및 검증", 한국항공우주학회지, 제35권 제10호, 2007.10, pp. 859-867.
  9. Lee, J., Yee, K. and Oh, S., “Numerical Investigation of Dual Rotors Using a Time-Marching Free-Wake Method", American Montreal, Canada, April 29 – May 1, 2008.
  10. Vatistas, G. H., Kozel, V., and Mih, W., "A Simpler Model for Concentrated Vortices", Experiments in Fluids, Vol. 11, 1991, pp. 73-76. https://doi.org/10.1007/BF00198434
  11. Squire, H. B., "The Growth of a Vortex in Turbulent Flow", Aeronautical Quarterly, Vol. 16, Aug. 1965, pp. 302-306.
  12. Leishman, J. G., Principles of Helicopter Aerodynamics, 2nd Edition, Cambridge University Press, 2006.
  13. Bagai, A. and Leishman, J. G., “Rotor free-wake modeling using a relaxation technique-including comparisons with experimental data", Proc. of the 50th Annual Forum of the American Helicopter Society, Washington, D.C., USA, May 11-13, 1994.
  14. Anderson, J. D., Modern Compressible Flow With Historical Perspective, 3rd Edition, McGraw Hill, 2003.
  15. Datta, A., Sitaraman, J., Baeder, J. D. and Chopra, I., “Analysis Refinements for Prediction of Rotor vibratory Loads in High-Speed Forward Flight”, Proc. of American Helicopter Society 60th Annual Forum, Baltimore, USA, June 7-10, 2004.
  16. Gennaretti, M. and Bernardini, G., "Novel Boundary Integral Formulation for Blade-Vortex Interaction Aerodynamics of Helicopter Rotors", AIAA Journal, Vol. 45, No. 6, 2007, pp. 1169-1176. https://doi.org/10.2514/1.18383
  17. Abbott, I. H. and Doenhoff, A. E. V., Theory of Wing Sections Including a Summary of Airfoil Data, Dover Publications, Inc., 1959.