비정렬 격자 기반 해석자 UMSAPv를 이용한 항공기 공력 특성 및 유동 해석 :Aerodynamic Characteristics and Flow Analysis of the Aircraft using UMSAPv Unstructured Solver

김광희

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김광희 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 이승수

발행연도: 2021

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2021

비정렬 격자 기반 해석자 UMSAPv 검증 및 OPPAV 항공기 공력 해석

김광희 , 백청 , 이승수 외 1명 한국전산유체공학회지 2021.03 학술저널

비정렬 격자 기반 해석자 UMSAPv를 이용한 항공기 공력 특성 및 유동 해석

김광희 항공우주공학과 2021.01 학위논문

2020

비정렬 격자 기반의 해석자 UQT3D를 이용한 항공기의 공력 특성 및 유동 해석

김광희 , 이승수 , 최재훈 한국전산유체공학회 학술대회논문집 2020.10 학술대회자료

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설계 과정에서 있어 CFD 해석은 정확하고 효율적이며 강건성을 유지해야한다. 격자 생성 시 비정렬 격자계를 이용하면 정렬 격자계보다 더 빠르고 유연한 처리가 가능하므로 항공기와 미사일 같은 복잡한 형상을 잘 구현할 수 있다. 본 논문에서는 새롭게 개발된 3차원 비정렬 격자 해석자인 UMSAPv의 정확성과 효율성에 대한 검증을 수행하였다. UMSAPv는 RANS 방정식을 계산하는 node 기반의 유한 체적 해석자이다. 구현된 난류 모델로는 Spalart-Allmaras의 1 equation model, Menter의 k-w SST model, Coakley의 q-w model, Huang과 Coakley의 k-e model 그리고 Abid의 k-e model이 있다.

본 논문에서는 우선 층류와 난류에서 간단한 형상에 대한 해석을 통해 UMSAPv 해석자를 검증하였다. 층류 유동의 경우 구 주위의 항력 계수를 풍동 시험 결과와 비교함으로써 본 해석자를 검증하였다. 또한 NACA0012 airfoil 주위의 2차원 난류 해석과 3D hemisphere cylinder, Onera M6 wing에 대한 3차원 난류 해석을 통해 해석자의 높은 정확도를 확인하였다. 이러한 타당성 있는 검증을 바탕으로 복잡한 항공기 형상에 대한 해석을 수행하였다. 해석에 사용된 항공기는 한국항공우주학회 EFD-CFD workshop에서 제공한 삼각 날개-원통형 동체와 제 2차 Drag Prediction Workshop에서 제안한 DLR-F6 Wing-Body 형상 그리고 한국항공우주연구원에 의해 제안된 OPPAV 항공기에 대한 3차원 난류 해석을 수행하여 항공기의 공력 특성 및 유동 특성을 살펴보았다.

제 1 장. 서론 1
제 2 장. 수치해석 기법 3
2.1 지배 방정식 3
2.1.1 3차원 RANS 방정식 3
2.1.2 국소 예조건화 Navier-Stokes 방정식 5
2.2 이중 시간 적분법 6
2.3 수치해석 기법 6
2.3.1 공간 이산화 기법 6
2.3.1.1 Finite Volume Method(FVM) 6
2.3.1.2 Roe의 근사 리만해 8
2.3.1.3 Least squares reconstruction 10
2.3.1.4 점성항의 공간 이산화 11
2.4 경계 조건 12
2.5 난류 모델 방정식 13
2.5.1 Menter의 k-w SST model 13
제 3 장. 해석자 검증 15
3.1 Laminar flow 해석 15
3.1.1 구(sphere) 15
3.1.1.1 격자 구성 및 유동 조건 15
3.1.1.2 격자 의존성 검사 16
3.1.1.3 레이놀즈수에 따른 항력 계수 및 residual 수렴도 17
3.1.1.4 레이놀즈수에 따른 구 주위 streamline 19
3.2 Turbulent flow 해석 21
3.2.1 NACA0012 airfoil 21
3.2.1.1 형상 및 격자 구성 21
3.2.1.2 양력 곡선 및 양항 곡선 22
3.2.1.3 표면 압력 계수 및 마찰 계수 비교 23
3.2.2 3D hemisphere cylinder 25
3.2.2.1 해석 형상 및 격자 구성 25
3.2.2.2 받음각에 따른 표면 압력 계수 비교 27
3.2.2.3 표면 압력 계수 contour와 limiting streamline 29
3.2.3 ONERA M6 wing 31
3.2.3.1 해석 형상 및 격자 구성 31
3.2.3.2 표면 압력 계수 비교 32
3.2.3.3 날개 윗면의 표면 압력 계수 contour 34
제 4 장. 항공기 해석 결과 36
4.1 삼각 날개-원통형 동체 36
4.1.1 해석 형상 및 격자 구성 36
4.1.2 격자 의존성 시험 37
4.1.3 속도에 따른 받음각 별 공력 계수 38
4.1.4 M=0.95에서 받음각 별 표면 압력 계수 40
4.1.5 속도에 따른 유동 특성 분석 42
4.1.6 날개 위 표면 격자 개수에 따른 차이 비교 45
4.2 DLR-F6 Wing-Body 47
4.2.1 해석 형상 47
4.2.2 격자 구성 및 유동 조건 48
4.2.3 날개 section 위치에 따른 표면 압력 계수 분포 50
4.2.4 날개 표면 압력 계수 contour 52
4.3 OPPAV 54
4.3.1 형상 및 유동 조건 54
4.3.2 받음각 별 공력 계수 55
제 5 장. 결론 57
제 6 장. 참고 문헌 59

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