자유 후류법과 와류 중첩법을 이용한 블레이드와 와류의 상호간섭에 관한 수치적 연구

Abstract

헬리콥터의 소음원중 가장 심각한 원인은 블레이드와 와류의 간섭(BVI)이다. 이 간섭현상은 헬리콥터에 비정상적인 공력, 음향학적 현상을 나타나게 한다. 이러한 비정상적인 특성은 와류의 강도, 코어의 크기 그리고 간섭거리에 의하여 그 현상이 지배된다. 그렇기 때문에 BVI 소음을 줄이기 위해서는 이러한 와류 정보들이 제어될 수 있어야 한다. 실제로 로터의 와선은 3차원 곡선을 갖기 때문에 실제적인 BVI 현상을 수치적으로 구현하기 위해서는 와류 변수들과 유동조건이 충분히 고려되어야 한다. 그러나 일반적인 2차원 오일러식이나 나비어 스톡스 식은 와류변수들의 3차원적인 시간변화를 고려하기 힘들다. 이러한 이유로 실제적인 BVI 현상을 모사하기 위해서는 와류의 변화를 고려할 수 있는 다른 방법이 사용되어야 한다. 와류 중첩법은 와류의 시간변화를 모사할 수 있는 방법이다. 이 방법은 와류와 와류에 의한 교란된 유동변화로 표현되는 섭동 오일러식을 사용하며 섭동 오일러식의 섭동변수들은 전체 유동장과 와류 유동장의 차이로 표현된다. 와류를 2차원 전산유체역학 유동장에 심기전에 와류의 정보를 알아야 하며, 정보는 시간 전진 자유후류법을 이용하여 얻을 수 있다. 시간 전진 자유후류법은 익단 와류의 위치와 강도를 예측하는데 강력한 도구로 이용되며, 본 논문은 자유후류법을 이용한 후 2차원 전산 공력음향학을 통하여 와류를 유동장에 심는다. 이러한 연계 접근은 와류의 변화를 포함하는 BVI해석에 적용되어 질 수 있으며, 최종적으로 와류의 위치와 강도의 변화에 의한 유동장의 변화를 예측할 수 있게 된다.