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김태순(Taesoon Kim),지솔근(Solkeun Jee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.6
동적 실속 현상은 회전익 블레이드와 같은 움직이는 비행체 날개에서 일어날 수 있으며, 비행체의 공력 성능을 저하 시킬 수 있다. 본 연구에서는 순간적인 연소를 통해 빠르게 만들어지는 강력한 제트 유동을 동적 실속에 적용하였다. 제트유동은 combustion-powered actuator (COMPACT) 장치를 통해 만들어지며, 연소는 약 1 ml의 작은 연소실에서 이루어진다. 아주 짧은 1 ms 정도의 순간 동안 주입된 연료와 산소가 연소하며, 높은 압력 상승을 통해 음속의 제트 유동 만들어 낸다. 본 연구에서는 COMPACT 장치를 모사한 경계조건을 이용하여 제트 유동을 동적 실속에 적용하고, 제트 유동 적용시점에 따른 양력 성능 변화에 대한 연구를 진행하였다. 회전익기 블레이드의 후퇴부 유동 조건과 관련 있는 Mach=0.3과 Re=2,600,000을 사용하였으며, 헬리콥터 메인로터 블레이드에 적용되는 VR-12익형을 사용하였다. 평균 피치각과 진폭은 각각 α0=α1=10°이며, 피칭 모션은 α=α0–α₁cos(ϕ), 피칭 위상각 ϕ는 ϕ=2πfpitch t 이다. 액츄에이션을 적용하지 않은 익형의 경우 양력 실속이 약 ϕ=π에서 시작되며, ϕ≃1.1π에서 가장 깊은 실속을 보였다. 제트 유동을 양력 실속 시점 이전에 적용하였을 때 (ϕpulse<π) 작은 양력 회복 효과를 보였다. 제트 유동 시점 ϕpulse=0.89π, 0.93π의 경우 ϕ≃1.05π에서 나타나는 급격한 양력 실속이 약 0.3π 정도 늦어지지만, downstroke영역(ϕ>π)의 양력에 큰 변화를 보이지 않았다. 제트 유동을 양력 실속 타이밍 이후에 적용 시 의미 있는 양력 상승을 보였다. 제트 유동이 ϕpulse= π, 1.1π에 적용된 경우 downstroke 영역에서 제트 유동을 적용하지 않은 경우와 비교하여 큰 폭의 양력 상승을 확인하였다. 이후 펄스가 양력 실속 시점에서 충분히 멀어진 ϕpulse≥1.28π에 적용이 되었을 경우 양력상승 효과가 감소하였다. [그림 본문 참조]
동적 실속 완화를 위한 다중 임펄시브 제트 액츄에이션 평가
김태순(Taesoon Kim),지솔근(Solkeun Jee) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.11
Dynamic stall is able to occur in high-speed forward flight and/or rapid maneuver of rotorcraft and limit the aerodynamic performance. Various flow control methods are exploited to mitigate such a flow phenomenon to enhance the performance of aircraft. In the current study, a high-speed pulsed jet is used to mitigate dynamic stall event. Multiple jets are applied to control critical events in dynamic stall of a pitching VR-12 airfoil under rotor-relevant flow conditions: Mach=0.3 and Re=2,600,000. A high-speed jet is generated impulsively from a combustion-powered actuator (COMPACT) module with measured pressure increment. It is observed that repetitive actuation can control not only the peak moment amplitude but also the aerodynamic forces in dynamic stall of a pitching airfoil.