표면 거칠기에 의해 유도되는 유동 천이를 고려하기 위한 경계 조건 개발

손찬규(Chankyu Son),이관중(Kwanjung Yee) 한국전산유체공학회 2021 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

2차원 에어포일의 유리얼음 형상 예측 코드 개발

손찬규(Chankyu Son),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.8

날개위에 쌓인 얼음은 날개의 공기역학적 성능을 저하시키고 항공기 사고를 야기하는 주요한 원언이 된다. 결빙된 날개의 형상 예측 연구는 얼음으로 변형된 날개의 공기역학적 성능 파악과 제빙ㆍ방빙 장치 절계에 선행 되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 2차원 익형에 발생하는 유리얼음 형상을 예측할 수 있는 코드를 개발하였다. 계산의 효율성을 위해 익형 주위의 유동장 계산은 정상 용출 및 중첩 패널기법을 사용하였고 날개표면과 날개에 유입된 물의 열전달은 Messinger 모델을 통해 고려하였다. 본 코드의 해석 결과는 실험 및 LEWICE 등 기존 해석 프로그램과 상호 검증되었다. 결빙형상의 주요한 요소인 얼음 뿔의 진행 방향 및 얼음 두께는 실험 및 타 프로그램과 유사한 결과를 나타내었다. 또한 대기온도, 수증기 함량, 입자 반지름, 자유류 등이 착빙 형상에 미치는 영향을 체계적으로 분석하였다. The ice accreted on the airfoil is one of the critical drivers that causes the degradation of aerodynamic performance as well as aircraft accidents. Hence, an efficient numerical code to predict the accreted ice shape is crucial for the successful design of de-icing and anti-icing devices. To this end, a numerical code has been developed for the prediction of glaze ice accretion shape on 2D airfoil. Constant Source-Doublet method is used for the purpose of computational efficiency and heat transfer in the icing process is accounted for by Messinger model. The computational results are thoroughly compared against available experiments and other computation codes such as LEWICE and TRAJICE. The direction and thickness of ice horn are shown to yield similar results compared to the experiments and other codes. In addition, the effects of various parameters - temperature, free-stream velocity, liquid water contents, and droplet diameter - on the ice shape are systematically analyzed through parametric studies.

착빙 해석의 표면 거칠기 모델 개선을 위한 착빙 풍동시험 연구

손찬규(Chankyu Son),민승인(Seungin Min),김태성(Taeseong Kim),김선태(Sun-Tae Kim),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.8

수치해석을 이용한 항공기 착빙 형상 예측의 정확도 향상을 위하여 거칠기 분포 예측이 가능한 해석적 모델이 개발되고 있다. 그러나 표면의 상태에 대한 정량적인 실험 결과가 거의 없어 해석적 모델을 검증하고, 경험적인 변수를 결정하는데 어려움을 겪고 있다. 이에 본 연구에서는 표면의 상태를 미시적 관점에서 분석하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 우선, 착빙 환경 변수인 온도와 자유류 속도에 따른 매끈한 표면의 넓이의 관계를 정량적으로 파악하였다. 그 결과 대기 온도가 높고 자유류 속도가 증가할수록 매끈한 표면의 넓이가 증가하였다. 그 다음으로 서리 얼음 표면과 유리얼음 표면의 특성을 분석하였다. 서리얼음 조건에서는 불투명한 원뿔 형태의 얼음 요소들이 유동 반대 방향으로 성장하고, 대기 온도가 증가함에 따라 원뿔 얼음 요소들의 길이와 간격이 감소하는 것을 확인하였다. 유리얼음 조건에서는 반투명한 얼음 덩어리를 날개 아랫면에서 관찰할 수 있었다. 이러한 원인은 중력의 영향이 큰 아랫면에서 주로 리블렛이 형성되고, 이와 같이 형성된 리블렛이 집중하여 얼어 붙었기 때문이다. For the past decades, the analytic model for distributed surface roughness has been developed to improve the accuracy of the icing simulation code. However, it remains limitations to validate the developed model and determine the empirical parameters due to the absence of the quantitative experimental data which were focused on the surface state. To this end, the experimental study conducted to analyze the ice covered surface state from a micro-perspective. Above all, the tendency of the smooth zone width which occurs near the stagnation point has been quantitatively analyzed. It is observed that the smooth zone width is increased as growing the ambient temperature and freestream velocity. Next, the characteristics of the ice covered surface under rime and glaze ice have been analyzed. For rime ice conditions, ice elements are developed as the opaque circular corn in the opposite direction of freestream. The height and interval of each circular corn are increased as rising the ambient temperature. For glaze ice conditions, numerous lumps of translucent ice can be observed. This is because the beads formed by gravity concentrate and froze on the lower surface.

자가조직도와 분산분석을 활용한 결빙 형상과 외기 조건의 관계 분석

손찬규(Chankyu Son),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.8

본 연구에서는 착빙 환경 요소와 결빙 형상 파라미터의 관계를 자가조직도와 분산분석을 활용하여 분석하였다. 결빙 형상에 영향을 미치는 외기 조건으로 자유류 속도, 대기온도, 대기중 물방울 함유량(LWC), 액적의 평균 직경(MVD)을 선정하였다. 그리고 결빙 형상의 특징이 되는 파라미터로 최대 두께, 결빙한계(Icing Limit), 결빙 진행 방향, 결빙면적을 선정하였다. 자가 조직도의 결과는 결빙형상 파라미터에 관계가 있는 외기 조건에 대한 정성적인 관계를 제시하였고 분산분석의 결과는 형상 파라미터에 대한 외기 조건의 영향력의 상대적인 크기와 순위를 정량적으로 제시하였다. The relations between ambient conditions and ice accretion shapes are quantitatively analyzed by employing self-organization maps and analysis of variance. Liquid water contents(LWC), mean volumetric droplet diameter(MVD), ambient temperature and free-stream velocity are chosen as ambient conditions which change ice accretion shapes. The parameters of ice accretion shape are selected as maximum thickness, icing limits, ice heading, and ice accretion area. Qualitative analysis was conducted by employing self-organization maps which show the qualitative relations between ice shapes and ambient conditions. The quantitative results of analysis of variance yield intensity of ambient conditions to the parameters of ice accretion shapes.

3차원 착빙 형상 예측을 위한 2세대 시뮬레이션 코드 개발

손찬규(Chankyu Son),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국전산유체공학회 2015 한국전산유체공학회지 Vol.20 No.2

The 2<SUP>nd</SUP> generation ice accretion analysis program has been developed and validated for various icing conditions. The essential feature of the 2<SUP>nd</SUP> generation code lies in its capability of handling general 3-D geometry and improved accuracy. The entire velocity fields are obtained based on Navier-Stokes equations in order to take the massively separated flow field into account. Unlike 1<SUP>st</SUP> generation code, the droplet trajectories are calculated using Eulerian approach, which is adopted to yield appropriate collection efficiency even in the shadow region. For improved thermodynamic analysis on the surfaces, water film model and modified Messinger model are newly included in the present analysis. The ice shape for a given time step is obtained by considering the exact amount of ice accreted on the surface. Each module of the icing analysis code has been seamlessly integrated on the OpenFOAM platform. The developed code was validated against available experimental data for 2D airfoils and 3D DLR-F4. Due to the lack of experimental data, the computed results of DLR-F4 were compared with those obtained from FENSAP-ICE, which is state-of-the-art 3D icing analysis code. It was clearly shown that the present code produces comparable results to those of FENSAP-ICE, in terms of prediction accuracy and the capability of handling general 3-D geometries.

Part1 : 익형 주위 결빙 예측 코드 검증 및 정량적 분석

손찬규(Chankyu Son),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.11

익형주위 착빙 현상과 관련한 기존 연구는 수치적으로 예측된 결빙형상과 실험 결과를 정성적으로 비교하는데 그쳐, 해석 결과의 정확도에 대한 판단과 외기 조건 변화에 따른 결빙형상의 체계적 분석에 한계가 있었다. 이에 본 논문에서는 실린더와 익형의 결빙 형상을 가용한 실험 및 타 수치해석 결과와 비교, 검증하고 정량적으로 분석하는 연구를 수행하였다. 먼저, 개발된 코드로부터 획득한 결빙형상을 얼음의 최대두께와 얼음의 진행방향, 얼음의 분포, 얼음의 면적을 기준으로 나타낸 후 이를 정량적으로 분석하였다. 정량적 분석을 통해 유사한 결빙 형상을 직관적으로 비교할 수 있었다. 개발한 수치해석 코드는 아랫면에서의 결빙 면적, 얼음의 두께를 작게 예측하였다. 이를 개선하기 위하여 보다 정밀한 유동장 계산을 통해 획득한 입자의 궤적이 요구된다. In the previous studies, the validation of numerical codes has been conducted based on the qualitative comparison of predicted ice shapes with experiments, which poses a significant limit on the systematic analysis of ice shapes due to the variation of meteorological conditions. In response to this, the numerical code has been quantitatively validated against available experiment for the ice accretion on cylinders and airfoils in the present study. Ice shapes accumulated on the bodies are systematically investigated with respect to various icing parameters. To this end, maximum thickness, heading direction and ice thickness are quantified and expressed in the polar coordinate system for the comparison with other numerical results. By applying the quantitative analysis, similar shapes are intuitively distinguished. The developed numerical code underestimates the ice accretion area and the ice thickness of lower surface. In order to improve the accuracy, further accurate aerodynamic solver is required for the water droplet trajectories.

다양한 착빙 조건 하의 고고도 장기 체공 항공기 운용 한계 분석

손찬규(Chankyu Son),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2016 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2016 No.11

Part2 : 착빙 조건 변화에 따른 결빙 형상의 정량적 분석

손찬규(Chankyu Son),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.11

착빙현상은 크게 서리얼음과 유리얼음으로 구분되며 대기온도 뿐 아니라 자유류 속도, 대기 중 수증기 함유량, 수증기 입자의 크기는 결빙형상에 영향을 미친다. 본 논문에서는 결빙 형상에 영향을 미치는 외기조건에 의해 변화하는 결빙형상을 체계적, 정량적으로 분석하여 다음과 같은 결과 확인하였다. 먼저, 자유류 속도의 증가는 결빙면적, 얼음 진행방향, 최대 두께를 모두 증가시키고 결빙형상을 가장 크게 변화시켰다. 둘째, LWC와 결빙면적은 선형적인 관계가 있음을 알 수 있었다. 셋째, 대기온도가 수증기 유입량에 미치는 영향은 LWC, 자유류 속도에 의한 영향에 비해 적어 결빙면적의 변화가 가장 작게 나타났다. 넷째, MVD가 결빙 형상에 미치는 영향은 선정한 외기 조건 중에 가장 미미하였다. 단, 입자가 표면에 충돌하는 영역을 증가시켜 결빙면적에 영향을 주었다. Ice shapes accumulated on the aircraft surfaces are categorized into rime and glaze ice, which are highly dependent on various parameters such as ambient temperature, liquid water contents (LWC), mean volumetric droplet diameter and freestream velocity. In this study, quantitative analyses on the ice accretion have been attempted in a systematical manner and the key findings are as follows. First, the increase of freestream velocity can cause tremendous change in the ice accumulation such as the growth of ice accretion area, ice heading direction and maximum thickness of ice horn. Second, LWC is found to be linearly proportional to the ice accretion area. Third, the effects of ambient temperature on incoming water mass seem to be relatively small in comparison with LWC and freestream velocity. Finally, it was shown that MVD has only a little influence on ice shapes. However, it may increase the ice accretion area by increasing the droplet impacting range.

체공 시간 향상을 위한 배터리 분리 드론에 대한 연구

김효준(Hyojun Kim),손찬규(Chankyu Son) 한국항공우주학회 2023 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2023 No.11

착빙 해석을 위한 수치 모델링 기법의 타당성 검증을 위한 실험적 연구

민승인(Seungin Min),손찬규(Chankyu Son),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2017 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2017 No.11