최적화 블레이드 설계를 위한 고양력 저소음 블레이드의 제자리비행 공력 및 소음 해석 연구

Abstract

본 연구에서는 일반적인 블레이드와 달리 양력을 높이기 위한 탭과 소음을 저감하기 위한 Parabolic swept된 Tip shape이 적용된 블레이드가 사용되었다. Twist가 없고 탭이 달려있지 않은 일반적인 블레이드의 경우, Panel Method를 이용하여 비교적 컴퓨팅 비용이 적고 빠른 공력해석이 가능하다. 하지만, EC155B1과 같은 복잡한 형상의 블레이드를 해석하는 데에 있어선 어려움이 있다. 이러한 블레이드 해석을 위해 본 논문에서는 셀 중심(Cell-based) 유한체적법과 압축성 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)를 기반으로 하는 CFD(Computational Fluid Dynamics) 상용소프트웨어인 ANSYS FLUENT를 이용하여 로터 유동장의 공력 해석을 진행하였다. AH(Airbus Helicopter) 사가 제공한 공력 Reference를 활용하여 로터 공력 기법에 대한 검증을 수행하였고 비교적 타당한 결과를 확인하였다. 공력해석을 진행한 후 블레이드 표면을 단면으로 잘라 다수의 Airfoil 형상을 만들고, 이후 각 Airfoil의 압력계수를 이용하여 소음을 구할 수 있는 소음 해석 코드를 이용하여 Collective pitch에 따른 소음 해석을 진행하였다. 소음 예측을 위해서는 음향상사법을 이용하였으며, Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) 방정식을 시간영역에서의 수치적 해석이 용이하도록 변형한 F.Farassat의 Formulation 1A를 지배방정식으로 이용하였다. 이를 통해 실제 비행 시의 헬리콥터 공력 현상 및 소음 수준을 미리 예측하여 설계에 도움을 주고, 헬리콥터 개발의 비용과 시간을 줄이는 방법을 제시할 수 있다.