항공역학 - 조건에 부합하는 에어포일 형상설계

항공역학 - 조건에 부합하는 에어포일 형상설계

1. 목적
주어진 조건 하에서 Airfoil을 직접 설계하여 보고, 일정한 Reynold’s 수에서 받음각에 따른 양력계수, 항력계수, 모멘텀계수의 변화를 살펴보았다. 또한, 받음각에 따라 Airfoil 주변의 압력분포, 속도분포, Seperation의 발생 경향에 대하여도 살펴보았다.

2. Airfoil 형상
설계한 Airfoil의 형상은 다음과 같다.
이 Airfoil은 앞전의 반경을 크게 하고 뒷전에서 캠버가 약간 생기도록 설계되었다. 이러한 Airfoil을 Super critical airfoil이라고 한다.
Super critacal airfoil은 1968년 NASA의 Richard T. Whitcomb이 개발한 것으로, 최신의 고속기용 Airfoil로 사용된다. 전체적으로 앞전 반경이 비교적 크고, 뒷전 부근은 캠버가 있어 플랩을 내린 것과 같은 모양을 하고 있다. 일반 층류에서 사용되는 Airfoil과 비교하여 보았을 때에 Super critical airfoil은 높은 마하수로 비행하는 중에 Airfoil 주위의 흐름이 대부분 초음속이 되더라도 그 형상특성 때문에 충격파는 상당히 앞쪽 부분에서 약한 강도로 발생한다. 이러한 이유로 인해 박리가 일어나기 어렵고, 전체적인 항력을 감소시킬 수 있다.
Super critical airfoil은 위와 같은 이유로 같은 속도라면 후퇴각을 작게, 날개를 두껍게, Aspact ratio를 크게 할 수 있어 이착륙 성능 및 경제성을 향상시킬 수 있다.

3. 설계 조건
Airfoil을 설계하기 위해 필요한 설계조건은 다음과 같다.
1) 영 양력 받음각이 0보다 작다.
2) Reynold’s number=500000, 받음각=4° 일 때, ]0.5

위와 같은 설계조건에서 계산은 100000번, 오차 범위는 0.00001이하로 설정하고 해석을 진행하였다.

4. 설계 검증 및 분석
(1) Residual

그림 1 AOA=4°

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