공기역학적 비선형성을 고려한 항공기 날개의 천음속 공탄성 해석

Abstract

천음속 미소교란(TSD, transonic small disturbance) 방정식을 이용한 공기력 해석은 많은 항공기 모델에 대하여 실용적인 공탄성 해석에 사용되어왔다. TSD 방정식을 이용한 공기력 해석과 공탄성 해석의 정확성을 높이기 위하여 공기역학적 비선형성을 TSD 방정식에 연계하였다. 본 연구에서 고려한 공기역학적 비선형성은 nonisentropic과 vorticity 유동 모델 및 경계층에 대한 점성 모델이다. attached 유동의 점성 효과를 고려하기 위하여 Green의 lag-entrainment 방정식을 이용하였고, 약한 박리 유동이 일어나는 경우에는 inverse 방법을 적용하였다. 특히, 반복적인 경계층 유동 해석 방법에서는 경계층 내부의 점성 유동과 외부의 비점성 유동의 경계에서 유동의 크기 차이가 최소가 되는 방법을 적용하였다. 강한 충격파를 갖는 두께가 두꺼운 익형과 날개 모델에 대하여 공기역학적 비선형성이 연계된 TSD 방정식을 이용하여 공기력 해석을 수행하여 여러 문헌들의 실험값과 비교하였다. 그 결과 기존의 TSD 방정식으로 얻은 공기력 해석 결과보다 매우 향상된 결과를 보였다. 또한, 유격을 갖는 전운동(all-movable) 날개에 대하여 공기역학적 비선형성뿐만 아니라 구조적 비선형성을 고려한 공탄성 해석을 수행하였다. 구조 비선형 모델의 효율적인 구조 해석을 위하여 가상 질량(FM, fictitious mass) 방법을 이용한 모달(modal) 접근법을 사용하였다. 기존의 TSD 방정식과 공기역학적 비선형성을 고려한 TSD 방정식으로 각각 얻은 제한주기진동 응답을 비교하여 구조적 비선형성뿐만 아니라 공기역학적 비선형성이 공탄성 특성에 미치는 영향을 살펴 보았다.