고받음각에서의 수직 미익 버펫 특성에 관한 수치적 연구

Abstract

수직 미익 버펫은 항공기 전방 동체에서 야기되는 불안정한 유동에 의해 미익 표면에서 나타나는 공력 가진 현상으로 정의된다. 특히 고받음각에서 비행할 때 수직 미익은 버펫에 노출되기 쉽고, 기동 성능 저하 및 항공기 구조물의 수명 저감을 초래하기 때문에 버펫 특성을 이해하고 세기를 줄이기 위한 연구는 항공기 설계 단계에서 가장 우선순위에 놓이게 된다. 본 연구에서는 고받음각 조건에서 수직 미익 버펫 특성을 분석하기 위하여 델타윙-수직 미익 형상을 바탕으로, 비정렬 격자 기반 3차원 유동 해석자를 사용하여 수치적 연구가 수행되었다. 델타윙 주변 비정상 유동 현상을 분석을 통해, 수직 미익 버펫은 델타윙 상단에서 발생하는 와류 붕괴에 의해 발단되는 것으로 밝혀졌다. 받음각 변화에 따른 와류 붕괴 지점의 정량적 예측을 수행하여 와류 붕괴 지점의 거동 및 비정상 후류 패턴이 분석되었다. 받음각이 증가함에 따라 peak-to-peak 버펫 가진 특성이 두드러지게 나타났고 버펫 하중은 증가하는 특성을 보였다. 본 연구의 유동 조건 중 받음각이 가장 높을 때 주파수 분석으로부터 수직 미익 버펫은 와흘림에 의해 버펫 가진 특성이 강하게 나타나는 것을 확인하였다. 받음각과 스윕각에 따른 수직 미익의 버펫 강도 및 하중에 관한 버펫 맵이 작성되었다. 델타윙 스윕각 68도에서는 델타윙 앞전부터 스톨이 발생하여 수직 미익 버펫 가진 특성이 가장 강하게 나타났다. 버펫 감소를 위한 방안으로 수직 미익의 스팬 방향 위치 및 경사각 변화에 따른 매개변수 연구가 수행되었고, 스팬 방향으로 가장 바깥쪽에 있고 경사각이 가장 클 때 버펫 가진 크기가 가장 완화되는 효과를 보였다.