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비정상 Source-Doublet 패널 기법을 이용한 헬리콥터 로터 공력 해석
이재원(Jaewon Lee),이관중(Kwanjung Yee),오세종(Sejong Oh) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.6
본 연구의 목적은 여러 가지 비행 모드 상의 로터 성능을 효율적으로 예측하는 것이다. 헬리콥터의 공력 특성을 예측하기 위한 비정상 source-doublet 패널 기법 기반의 수치 기 법을 개발하였다. 후류의 형상 예측에는 시간 전진 자유후류모델이 사용되었다. 점성에 의한 확산을 고려한 후류의 roll-up 모사를 위하여 후류의 doublet 패널은 같은 강도의 와류고리로 대체하여 계산하였다. 후류와 양력면의 충돌 문제는 표면격자 내부에 들어간 와류고리의 포텐셜값을 제거하여 해결하였다. 제자리비행의 해석 시에 나타나는 와류 불안정성의 해결에는 slow starting과 vortex core growth 모델을 사용하였다. 로터 공력 해석 프로그램은 제자리비행과 전진비행에 대한 실험 결과와 비교하여 검증하였으며, 실험치와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. The purpose of this study is an efficient estimation of the time-dependent performance of rotors at various flight modes. A numerical technique based on the unsteady source-doublet panel method is developed to predict aerodynamic characteristics of helicopter rotor flowfields. A time-marching free wake model is used for wake consideration. For wake roll-up simulation in consideration of viscous diffusion, the wake doublet panel with constant strength is replaced by equivalent vortex ring. The potential value of the wake vortex ring inside the solid boundary was removed to deal with the wake-body collision problem. The vortex instability of hovering mode is settled by slow starting and a vortex core growth model. The rotor aerodynamic analysis program is validated by the experimental data of a helicopter rotor in hover and forward flight. The computed results show good agreement with the experimental data.
동적 유입류 모델을 이용한 회전익기 전진비행 공탄성 해석
이준배(Joonbae Lee),유승재(Seung-Jae Yoo),정민수(Min-Soo Jeong),이인(In Lee),김덕관(Deog-Kwan Kim),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.4
본 논문에서는 비정상 공기력을 모델링하기위해 Peters-He의 동적유입류모델을 고려한 2차원 준정상 공기력 이론을 적용하여 회전익기 전진비행에 대한 공탄성 해석을 수행하였다. 또한, 공력탄성학적 안정성 해석을 수행하기 위하여, 전진비행 시 주기적인 특성을 갖는 비선형 정적 트림 해를 얻기 위해 동체 평형을 고려한 연계 트림 해석을 통한 완전 유한요소 방정식을 이용하였다. 동적유입류모델의 공력과 구조 특성을 검증하기 위해 유도 유입류와 깃끝에서의 구조변형을 타 수치해석결과와 비교하였다. 또한, 공탄성 안정성을 검증하기 위해 두 모델의 래그 감쇠값을 비교하였다. In this study, the aeroelastic analysis of rotorcraft in forward flight has been performed using dynamic inflow model to handle unsteady aerodynamics. The quasi-steady airload model based on the blade element method has been coupled with dynamic inflow model developed by Peters and He. The nonlinear steady response to periodic motion is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim for stability analysis. The aerodynamic and structural characteristics of dynamic inflow model are validated against other numerical analysis results by comparing induced inflow and blade tip deflections(flap, lag). In order to validate aeroelastic stability of dynamic inflow model, lag damping are also compared with those of linear inflow model.
향상된 자유후류 기법을 이용한 비정상 로터-동체 상호작용 시뮬레이션
이준배(Joonbae Lee),서진우(Jinwoo Seo),이재원(Jaewon Lee),이관중(Kwanjung Yee),오세종(Sejong Oh) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.7
본 논문에서는 시간전진 자유후류 모델이 고려된 비정상 패널 코드를 이용하여 비정상 로터-동체 상호작용에 대한 수치적 해석기법에 대한 연구를 수행하였다. 이전 개발된 시간전진 자유후류 모델이 고려된 비정상 패널 코드는 후류와 깃(Blade)이 아주 근접한 경우에 불안정성이 발생하였다. 이를 제거하기 위해 장속도 기법을 적용하여 코드를 개선하였다. 개선된 코드를 이용하여 NASA에서 실험된 ROBIN(ROtor Body Interaction) 형상에 대한 해석을 수행하였다. 로터가 있을 때와 없을 때의 동체 표면 압력과 유도 유입류의 비를 실험결과 및 기존 수치해석 결과들과 비교하였다. 개발된 코드는 로터-동체 상호작용으로 인해 발생하는 유동 특성과 생성되는 복잡한 후류의 형상을 잘 예측하였다. This study is to investigate the aerodynamic effects of the Rotor-Fuselage Interactions in forward flight, and is conducted by using an improved time-marching free-wake panel method. To resolve the instability caused by the close proximity of the wake to the blade surface, the field velocity approach is added to the prior unsteady panel code. This modified method is applied to the ROBIN (ROtor Body Interaction) problem, which had been conducted experimentally in NASA. The calculated results, pressure distribution on fuselage surface and induced inflow ratio without and with the rotor, are compared with the experimental results. The developed code shows not only very accurate prediction of the aerodynamic characteristics for the rotor-fuselage interaction problem but also the rotor wake development.
Tip-jet gyroplane 개념설계 기법 개발 및 사이징
이동욱(Donguk Lee),임대진(Daejin Lim),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.6
Tip-jet gyroplane은 제자리 비행 시 tip-jet의 반발력을 이용하여 로터의 회전력을 얻고, 전진 비행 시 오토자이로 형태로 비행하는 복합형 회전익기의 한 종류이다. Tip-jet gyroplane의 적절한 성능해석과 개념 설계 단계의 사이징을 수행하기 위해서는 tip-jet 모드, gyroplane 모드, transient 모드를 모두 고려할 수 있는 설계 및 해석 기법이 필요하다. 본 연구에서는 이 세 가지 비행 모드 성능해석과 기체 사이징을 수행할 수 있는 코드를 개발하였다. 해석 기법은 tip-jet gyroplane 비행 모드를 이루고 있는 해석 코드 별로 각각 실험값과 비교 검증되었다. 개발된 코드를 이용하여 300km 혹은 400km의 임무 운용반경에서 150knots의 고속 비행을 수행하는 2가지 임무형상에 대해 초기사이징을 수행하였고, 초기 사이징 결과로 설계된 3,000lb 급 tip-jet gyroplane의 형상 및 성능을 분석하였다. Tip-jet gyroplane is a type of compound helicopter that employs the tip-jet system to rotate the rotor by a reaction force from the gas jetted at the rotor tips in hovering. In forward flight, tip-jet gyroplane converts into a form of a gyroplane. Therefore, it is necessary to develop a new conceptual design method to consider three flight modes: tip-jet mode, gyroplane mode, and transient mode. This study developed the numerical code of conceptual design methodology that can consider three flight modes. The developed code was validated against the available experiment data. Based on the developed code, initial sizing of tip-jet gyroplane was performed for two mission profiles including high speed forward flight of 150knots with a mission range of 300km or 400km. Subsequently, the configuration and performance of the 3,000lb tip-jet gyroplane were analyzed.
상대운동이 있는 중첩격자계에 효율적인 Hole Searching Algorithm 개발
이선형(Seonhyeong Lee),채상현(Sanghyun Chae),오세종(Sejong Oh),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.11
Overset 격자계에서 사용되는 Object X-rays Method는 홀점 탐색의 일부인 교차점 탐색에 복잡한 벡터계산을 사용하고 개별 배경격자점에 대하여 물체 내외부를 판별하여 홀점을 탐색하므로 많은 시간이 소요된다. 특히 격자의 상대운동이 있을 경우 매 시간간격 마다 홀점 탐색을 수행해야 하므로 계산 시간이 가중된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 홀점 탐색시간을 줄일 수 있는 효율적인 탐색 알고리즘을 제안한다. 빠른 탐색을 위해 격자점 수가 줄어든 가상의 표면을 사용하고 복잡한 벡터계산을 통한 교차점 탐색 대신 논리연산자를 사용하는 내외부 판별법을 사용하였다. 또한 개별 배경격자점에 대해 홀점 판별을 수행하는 대신 일괄로 홀점을 지정하여 탐색속도를 향상시켰다. 물체의 상대운동이 있을 경우 가상의 표면이 상대 운동하여 기존 방법에 비해서 홀점 탐색시간을 감소시킬 수 있었다. 임의의 2차원, 3차원 형상에 대하여 기존의 hole searching 알고리즘과 홀점 탐색속도를 비교한 결과를 제시하였다. Object X-ray method commonly used for hole search in overset grids requires huge amount of time due to complicated vector calculations to search the cross-points as well as time-consuming hole search algorithm with respect to background grids. Especially, when the grid system is in motion relative to the background, hole points should be searched at every time step, leading to hung computational burden. To cope with this difficulties, this study presents an efficient hole search algorithm mainly designed to reduce hole searching time. To this end, virtual surface with reduced grid points is suggested and logical operators are employed as a classification algorithm instead of complicated vector calculations. In addition, the searching process is further accelerated by designating hole points in a row rather than discriminating hole points with respect to each background grid points. If there exists a relative motion, the present algorithm requires much less time because only the virtual surface needs to be moved at every time step. The hole searching time has been systematically compared for a few selected geometries.