• 대한기계학회논문집B
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• 제35권7호
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• pp.709-715
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• 2011

대칭익형 단면에 미세한 피치각의 차이를 가지는 두 개의 로터 블레이드의 끝에서 발생하는 와류들의 상호 간섭을 관측하기 위하여 2차원 LDV를 활용하여 끝와류의 회전속도 성분과 축방향속도 성분들을 후류시기에 따라서 측정하였다. 선행 블레이드는 끝와류 축방향 성분이 정규분포를 나타내는 상사성을 위배한 반면, 후행 블레이드는 회전속도 성분이 복합와류를 나타내는 Vatistas' n=2 모형의 상사성을 위배하는 것으로 관찰되었다. 또한, 후류시기 200~240도 근방에서 두 끝와류의 궤적이 근접되어 상호 간섭을 나타내는 것으로 밝혀졌으며 이 시기 동안 후행블레이드의 와류이완 현상이 발생하는 것으로 확인이 되었다. 이러한 후류 간섭은 관절형 허브를 가지는 로터에서도 발생될 것으로 예측된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권11호
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• pp.849-854
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• 2013

본 연구에서는 편대비행하는 고속 항공기의 날개 끝 와류의 공력 간섭 효과를 연구하기 위해서 풍동실험기법이 적용되었다. 편대비행에서 앞선 항공기의 날개 끝에서 발생하는 와류가 뒤따르는 항공기의 공력 특성에 영향을 미칠 수 있다. 흐름의 간섭 효과는 앞선 항공기와 뒤따르는 항공기의 날개 끝 사이의 거리에 따라서 변화된다. 본 연구의 실험결과 앞선 항공기에서 발생되는 날개 끝 와류는 뒤따르는 항공기의 공력 및 모멘트 계수를 변화시킴을 확인하였다. 특히, 후방 항공기의 양력계수는 수직 및 수평 위치에 따라 y/b=-0.125, z/b=0.0에서 가장 많이 증가되거나 y/b=-0.5, z/b=0.38에서 가장 크게 감소됨을 확인하였으며, 두 항공기로부터 발생된 날개 끝 와류의 간섭 현상이 자세히 관찰되었다.

• 한국음향학회지
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• 제39권2호
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• pp.77-86
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• 2020

본 연구에서는 날개 끝 와류 공동(Blade-Tip Vortex Cavitation, BTVC)과 이에 기인한 유동 소음을 예측하기 위하여 Eulerian/Lagrangian 연성 해석기법을 제안하였다. 제안한 방법은 크게 연속적인 4단계로 구성되며, 각각 전산유체역학을 이용한 유동장 모사, 와류모델을 이용한 날개 끝 와류의 재구성, 기포 동역학 모델을 이용한 BTVC의 생성, 그리고 음향상사법을 이용한 음향파 예측이다. 일반적으로 전산유체역학 자체가 지니는 고유한 수치감쇠와 과도한 난류 강도로 인해 와류 강도를 심각하게 작게 예측하므로, 유동방향의 날개 끝 와류는 와류모델을 사용하여 재생하였다. 다음으로 Reyleigh-Plesset 방정식에 기반한 기포 동역학 모델을 사용하여 BTVC의 발생과 변화를 모사하였다. 마지막으로 BTVC에 의한 유동소음을 각각의 구형 버블을 그 부피 시간변화율의 변화율에 크기가 비례하는 홀극원으로 모델링하여 예측하였다. 제안한 수치 방법의 유효성을 예측값과 측정값을 비교하여 검토하였다.

• 한국항공운항학회지
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• 제3권1호
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• pp.81-95
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• 1995

공기의 흐름 중에 있는 유한 날개의 끝에서는 날개끝 와류로 인하여 날개에 내리흐름(downwash)이 발생하게 된다. 이러한 내리흐름은 유도항력을 발생시켜 양항특성이 감소하게 된다. 따라서 날개끝 와류를 적절히 제어하면 어느 정도 유도항력을 감소시킬 수 있다. 본 논문에서는 직사각형 날개와 테이퍼형 날개 끝에 여러 가지 형상의 strake를 장착하거나, 날개끝 와류를 제어하기 위하여 여러 개의 slot을 형성시켰을 때의 양항특성을 실험 및 수치해석으로 연구한 결과를 기술하였다. 실험결과 직사각형 날개끝에 장착한 wing tip strake의 밑변을 바깥쪽으로 절단한 wing tip strake의 양항특성이 받음각 $8^{\circ}$ 이상에서 우수하였고, 반면에 밑변을 절단하지 않은 경우는 받음각 $0^{\circ}\;^{\sim}\;8^{\circ}$ 사이에서 기본날개보다 양항비가 증가하였다. 테이퍼형 날개끝에 wing tip strake를 장착하였을 때의 양항비는 받음각 전 범위에 걸쳐 기본날개보다 증가하였으며, 받음각$8^{\circ}$ 이상에서 wing tip strake의 밑변을 절단하지 않은 wing tip strake의 양항특성이 우수하였다. 방사형 다중슬롯의 경우 날개끝의 앞전보다 뒷전 쪽에 형성시키는 것이 양항비특성이 우수하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권3호
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• pp.210-217
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• 2011

대칭익형 단면을 가지는 모형 깃 끝와류의 후류유동구조의 전개과정을 관찰하기 위하여 2차원 LDV 시스템을 이용하여 끝와류의 회전성분과 축성분을 상평균 기법으로 측정하였다. 비대칭익 로터 깃의 특징에 비하여 대칭익 로터깃의 끝와류는 $27^{\circ}$ 부근까지 성장 과정이 진행되어 다소 늦게 형성되었으며 그 이후부터 상대적으로 완만하게 확산모드가 진행되었다. 회전성분은 실험이 진행된 $360^{\circ}$ 까지 Vatistas의 n=2모델에 우수한 접근성을 보이면서 자기상사성을 갖는 것으로 관찰되었고 축방향성분은 비대칭익에 비하여 훨씬 강한 세기로 나타나면서 정규분포 성향을 나타내었다. 이들의 결과들은 대칭익의 경우 로터의 추력 발생면에서 끝단손실이 상대적으로 큰 것으로 확인이 되었다.

• 한국음향학회지
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• 제43권1호
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• pp.103-111
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• 2024

축류팬은 상대적으로 저압의 유동 영역에서 유동을 수송하기 위해 사용되며, 다양한 설계 변수에 대해 설계된다. 축류팬의 날개 끝 형상은 유동 및 소음 성능에 지배적인 역할을 수행하며 이에 대한 대표적인 유동 현상으로 날개 끝에서 발생하는 날개 끝 와류와 누설 와류가 있다. 이러한 3차원 유동 구조를 제어하기 위해 다양한 연구가 수행되어 왔으며, 항공기 분야에서 날개 끝 와류를 억제하고 효율을 증가시키기 위해 윙렛 형상이 개발되었다. 본 연구에서는 에어컨 실외기용 축류팬 날개에 적용된 윙렛 형상의 영향을 분석하기 위한 수치적, 실험적 연구를 수행하였다. 3차원 유동 구조 및 유동 소음을 수치적으로 분석하기 위해 unsteady Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식과 Ffocws-Williams and Hawkings(FW-H) 방정식을 전산유체역학 기법에 기초하여 수치 해석하였으며, 실험 결과와의 비교를 통해 수치 기법의 유효성을 검증하였다. 윙렛 형상에 따른 날개 끝 와류와 누설 와류의 형성의 차이를 3차원 유동장을 통해 비교하고, 그에 따른 공기역학적 성능을 정량적으로 비교하였다. 또한, 예측 유동장을 바탕으로 소음을 수치적으로 모사하여 윙렛 형상이 유동 소음 측면에 미치는 영향을 분석하였다. 대상 팬 모델의 시제품을 제작하여 유동 및 소음 실험을 실시하여 실제 성능을 정량적으로 평가하였다.

• 한국음향학회지
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• 제40권4호
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• pp.261-269
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• 2021

공동 유동과 이로 인한 소음에 관한 대부분의 기존 연구들은 효율성이라는 장점 때문에 비압축성 가정의 검증 없이 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes 방정식에 기반한 수치 해석 방법을 사용하고 있다. 하지만 지금까지 비압축성 가정이 공동 유동과 소음의 예측에 미치는 영향에 대한 연구가 전무한 실정이다. 본 연구에서는 날개 끝 와류공동 유동과 소음에 대한 유체의 압축성 영향을 고찰하기 위하여 날개 끝 와류 공동을 대상으로 비압축성 기반의 해석과 압축성 기반의 해석을 모두 수행하고, Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 음향상사법을 적용하여 공동 소음을 예측하고 비교하였다. 상류 방향의 유동 영향을 고려하기 위하여, 스큐각이 17°인 수중 추진기를 장착한 DARPA Suboff 잠수함 몸체를 고려하였다. 해석 영역은 실험결과와의 비교를 위하여 선박해양플랜트연구소에서 보유하고 있는 대형 캐비테이션 터널의 시험부와 동일하게 설정하였다. 날개 끝 와류 공동을 정확하게 예측하기 위하여 고정확도의 비정상 상태 지연박리와류모사 해석방법을 적응형 격자 기법과 연계하여 사용하였다. 압축성 유동 해석기법을 이용하여 예측한 음향 스펙트럼이 실험결과와 더 일치하는 결과를 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제24권10호
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• pp.1343-1350
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• 2000

The evolutionary structure of tip vortices has been investigated with a two-dimensional LDV system for a plain and a slotted blade, respectively. To analyze the effect of slots which bypasses a part of main stream into the tip face, velocity profiles, vortex sizes, their displacements and turbulence intensities during one revolution of the rotor were measured by the phase averaging process. For the comparison of circumferential velocity components of the plain blade and the slotted blade, the peak values of the slotted blade were lower than those of the plain blade, and axial velocity components of the slotted blade were considerably larger than those of the plain blade. The slotted rotor blade enlarged the core size and made the vortex delayed compared with those of the plain blade at the same wake ages. Turbulence profiles had peaks inside the core radii and decayed gradually in the radial direction of vortex coordinate. Also, using a quasi 3-D LDV measurement technique the budget of turbulence kinetic energy was analyzed in radial direction of the vortex core.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권11호
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• pp.1444-1452
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• 1999

The turbulence structure of e. tip vortex generated by e. fixed wing was investigated with the use of two-dimensional laser Doppler velocimetry. The velocity field, composed of circumferential end axial components, was measured on the vertical section to the vortex trail, located at 2C downstream from the wing tip in the incoming flow condition of $Re=2.24{\times}10^5$. A quasi 3-dimensional measurement technique by use of 2-dimensional LDV system was suggested for Reynolds stresses and the higher moments. The validity of this technique was confirmed with the uncertainty analysis. The budget of the turbulence kinetic energy was analyzed by those results in the radial direction of the vortex core. It is resulted that the production is to be very likely balanced with the dissipation in most range of the vortex core.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권5호
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• pp.661-669
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• 1999

The evolutionary structure of a tip vortex in the initial period have been investigated by the two-dimensional LDV system. Circumferential and axial components of mean velocities, their turbulences and Reynolds stresses were measured by the phase averaging technique at seven different wake ages within one revolution of the rotor. Core growth was also analyzed. It was resulted that circumferential velocity components showed a Rankine combined vortex shape and their circulation profiles viewed in the radial direction were close to the n = 2 model of Vatistas' algebraic formula, while axial velocity components seemed to have the Gaussian profiles In these measured ranges with the base width of three times of core radii. Peaks of circumferential velocities and core radii showed distinct asymmetric behaviors before the wake age of $150^{\circ}$ over inboard and outboard sides of the slipstream, but they became symmetric afterwards. Turbulence profiles which had two peaks Inside the core radii in the earlier wake age were also changed to single peaks after $150^{\circ}$. These trends imply that the tip vortex was barely mature at this wake age.