진동하는 3차원 날개의 tip vortex roll-up에 관한 실험적 연구

Abstract

520-01 진동하는 3차원 날개의 근접후류에서 Tip vortex Roll-up 현상을 조사하기 위한 정량적인 실험연구가 수행되었다. 가로세로비가 4.0인 NACA 0012 직사각형 날개가 풍동바닥에 설치되었으며, 1/4 시위를 중심으로 조화적으로 피칭운동을 한다. 평균받음각과 날개의 진폭은 $15^\circ$로 정하였으며, 이것은 순간받음각 $0^\circ \sim 30^\circ$까지 진동시킨다. Smoke-wire와 light sheet를 적절히 배열하여 획득한 가시화 흐름 형태가 제시되었다. 흐름 가시화와 정량적인 측정은 무차원 진동수 K=0.09와 레이놀즈수 $3.4 \times 10^4$에서 수행되었다. 3축 hot-film 프로브에 의한 정량적인 측정은 두 단면(X/C=0.5, 1.5)에서 수행되었다. 날개가 pitch-up중일 때 측면흐름은 날개표면에 부착되어 잘 조직화된 원형의 와류중심을 형성하지만 pitch-down중일 때의 흐름은 날개표면에서 분리되어 비규칙적인 난류중심을 형성한다. 위상평균 속도와 와류강도, 난류강도 등은 날개가 pitch-up과 pitch-down 운동하는 동안에 순간받음각이 같다하더라도 서로 다른 흐름특성을 나타낸다. 날개가 pitch-down중일 때 유동장은 아주 강하게 massive separation영향을 받으므로 날개가 pitch-up과 pitch-down 중일 때 흐름특성의 차이가 더 심하게 된다. 날개가 pitch up중일 때 진동하는 와류의 근접후류에서의 정성적인 성질은 정지된 날개와 거의 유사한 것으로 나타났다. 와류영역내에서의 축방향속도는 본 실험의 모든 경우에 속도결손으로 나타났다. 날개가 pitch-up중일 때 축방향 속도결손은 순간받음각이 증가함에 따라 증가하였다. 날개가 pitch-down중일 때 축방향 속도결손영역은 상당히 커지고 그 크기는 감소한다. Tip vortex의 축방향 와류강도 분포는 pitch-up중일 때 집중되지만, pitch-down중일 때 넓게 흩어진다. 진동사이클 동안에 위상지연이 보상된 tip vortex의 순환데이터가 제시되었다. 순환곡선은 pitch-up과 pitch-down운동 사이에 히스테리시스 성질이 있음을 명확히 나타낸다. 날개가 pitch-down중일 때 날개끝 근처의 난류강도는 pitch-up중일 때의 난류강도에 비하여 상당히 높다. 날개가 pitch-up중일 때 와류의 회전운동에 의한 안정성효과는 순간받음각이 증가함에 따라 날개안쪽의 높은 난류강도를 줄여주고 있다.