• 한국음향학회지
• /
• 제43권1호
• /
• pp.103-111
• /
• 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
• /
• 제39권2호
• /
• pp.77-86
• /
• 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.

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

• 한국해양공학회지
• /
• 제31권3호
• /
• pp.189-195
• /
• 2017

A three-dimensional higher order boundary element method based on the B-spline is presented. The method accurately models piecewise continuous bodies and induced velocity potentials using B-spline tensor product representations, and it is capable of obtaining accurate pointwise values for the potential and its derivatives, especially in the trailing edge and tip region of the lift generating body, which may be difficult or impossible to evaluate with constant panel methods. In addition, we implement a wake roll-up and examine the tip vortex formation in the near wake region. The results are compared with existing numerical results and the results of experiments performed out at the cavitation tunnel of Chungnam National University.

• 항공우주기술
• /
• 제7권1호
• /
• pp.24-29
• /
• 2008

최근의 유가인상과 관련하여 상업용 및 군용 항공기 운용시의 연료 효율을 높이고자 하는 노력이 가속화되고 있다. 관련 연구에 의하면 수송기와 비즈니스 젯 항공기에 있어서 윙렛은 공력/구조적 효율성을 향상시키고, 적은 중량 증가로 저속 수송기의 상승 성능을 향상시킨다고 보고된 바 있다. 윙렛은 일반적으로 날개 끝에 장착되는 작은 공력면이며, 날개에 수직에 가깝게 장착되어 날개 끝단 와류의 순환 유동장내에서 작용한다. 윙렛의 설계는 위치, 높이, 테이퍼비, 후퇴각, 익형, toe-out 및 켄트각 등 많은 요소를 고려해야 하는 매우 복잡한 과정이다. 최근에는 미국 보잉사의 B737-800과 B787 등의 최신 기종에서 Blended 윙렛을 성공적으로 적용하여 날개끝의 길이를 늘리는 것(Wing Tip Extension) 보다 적은 추가 중량으로 같은 순항 성능을 도출하는데 성공하였다. 윙렛의 점성저항으로 인하여 최소항력은 증가하지만 높은 양력계수에서는 유도항력의 감소로 전체 항력이 감소하게 됨을 알 수 있다. 따라서, 윙렛은 강한 날개끝 와류를 발생시키는 높은 양력계수에서 순항하는 항공기에 더욱 적합하다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제35권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2007

검정금파리 날개의 “8자 운동”에 의한 공기역학적 힘의 발생에 관해 수치해석을 수행하였다. 날개운동은 자유류가 있는 tethered flight 실험에서 관찰된 결과에서 인용하였다. 해석결과 양력은 downstroke 중일 때 주로 발생하였고 추력은 upstroke 끝에서 갑작스럽게 발생하였다. 본 연구에서는 양력과 추력 발생의 이러한 특성을 후류에서의 와류구조와 에어포일 주위의 압력장을 통해 물리적으로 이해하고자 하였다. 결과적으로 양력발생은 유효받음각의 증가에 따른 앞전와류와 관계있었으며, 추력발생은 유동장 형태의 측면에서 와류 짝(vortex pairing)현상과 압력장 측면에서 와류정지 현상으로 설명할 수 있었다.

• 대한기계학회논문집B
• /
• 제33권8호
• /
• pp.635-642
• /
• 2009

The three-dimensional turbulent wingtip vortex flows have been examined in the present study by using the commercial code FLUENT. The standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model is used as a closure relationship. The wing is constructed by using an elliptic body whose aspect ratio is 3.8 and the NACA 16-020 airfoil section. The simulations for various angle attack (${\alpha}=0^{\circ}$, $5^{\circ}$, and $10^{\circ}$) are carried out. The effect of Reynolds number is also investigated in this study. As the angle attack increases, the wingtip vortex becomes stronger. However, the relative vortex strength to inlet velocity decreases as Reynolds number increases.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제44권12호
• /
• pp.1017-1026
• /
• 2016

두 가지의 비표면 가시화 기법과 이들 기법의 와류 적용 예를 기술한다. 두 가지 가시화 기법 중 하나는 전통적인 연기선 기법이고, 또 다른 하나는 가정용 초음파 가습기에서 발생하는 미세 수적을 사용하는 기법이다. 연기선 기법은 공기 흐름 속도에 제한이 있으며(0.07 mm 지름의 연기선의 경우 약 5 m/sec), 오염의 문제점이 있지만 매우 정교하고 선명한 연기 유맥선 시트를 발생시킬 수 있다. 이 기법은 3차원 날개의 날개 끝 와류의 가시화에 적용되었다. 초음파 가습기 미세 수적 기법은 연기선 기법에 비하여 공기 흐름 속도를 보다 크게 할 수 있으며(10 m/sec 이상), 독성과 오염의 문제를 해결할 수 있다. 초음파 가습기 미세 수적 기법은 정점 스트레이크를 가지는 이중 삼각날개에서 발생하는 복잡한 와류 시스템의 가시화에 성공적으로 적용되었다.

• 한국가시화정보학회지
• /
• 제8권1호
• /
• pp.39-45
• /
• 2010

The optimal design is needed for the blade geometry of the quad-rotor blades which is mainly used for Unmanned Aerial Vehicle. To do this, it is important to analyze the wakes under the blades. In the present study, the flow around the rotating blades was analyzed using PIV(Particle Image Velocimetry) and CFD(Computational Fluid Dynamics). The maximum axial velocity was measured at about 60% position toward the radial direction of the blade. The positions of vorticities in the test section obtained by PIV and CFD were turned out to be almost alike. The values in the difference of pressure coefficients at the upper and the lower blades were increased depending on the radial direction. Then, the values were decreased at the blade tip. The data of the flow analysis in the present study are expected to be served as the design of blades and ducts for the thrust improvement in the future.

• 한국가시화정보학회지
• /
• 제5권2호
• /
• pp.20-25
• /
• 2007

The geometry of a commercial passenger airplane is realized based on a Boeing 747-400 model through the photographic scanning and reverse engineering. The each element consisting of the plane such as fuselage, wing, vertical fin, stabilizer and engines, is individually generated and then the whole body is assembled by the photomodeler. The maximum error in the realized airplane is about 1.4% comparing with the real one. The three-dimensional inviscid steady compressible governing equations are solved in the unstructured tetrahedron grid system, and in a finite volume method using STAR-CD when the airplane flies at the cruise condition. The pressure distribution on the surface and the wing-tip vortices are visualized, and in addition to the aerodynamics coefficients, lift and drag are estimated.