기자명 문병도 기자
  • 입력 2020.07.13 11:22

지솔근 GIST 교수 연구팀

받음각이 증가하는 블레이드 익형의 앞부분에서 초음속 영역의 영향으로 인한 동적 실속 발생. 마하수 유동장의 초음속 영역이 동적 실속과 밀접한 연관이 있으며, 주 유동속도가 빠를수록 (좌→우) 그 영향이 더 심해진다.
받음각이 증가하는 블레이드 익형의 앞부분에서 초음속 영역의 영향으로 인해 동적 실속이 발생한다. (그림제공=GIST)

[뉴스웍스=문병도 기자] 지솔근 광주과학기술원(GIST) 기계공학부 교수 연구팀이 헬리콥터나 드론과 같은 항공기 날개의 비행 성능이 저하되는 스톨 현상에 날개 주변을 흐르는 공기의 압축성 효과가 직접적인 연관이 있음을 규명했다,

헬리콥터와 같은 회전익기가 고속비행을 할 경우, 블레이드에서 유동이 떨어져 나가는 유동박리 현상이 나타 날 가능성이 높아진다.

대표적인 유동박리 현상의 원인으로는 표면의 급격한 압력 분포 변화, 빠른 유동 속도에 의한 공기의 압축성 효과 등이 있다.

유동박리 현상은 블레이드의 스톨을 일으키는 직접적인 원인이 될 수 있으며, 회전익기의 추력 감소 뿐만 아니라 고속으로 회전하는 블레이드의 진동을 야기할 수 있다.

블레이드 스톨로 인해 회전익기의 비행 범위가 제한되며, 급격한 스톨은 비행체 추락으로 이어질 수 있다.

이러한 블레이드 스톨이 나타나는 유동 메커니즘을 파악하는 것은 회전익기 블레이드 설계에 매우 중요하다.

회전익기 블레이드에 대해 수행된 기존의 풍동 실험 연구에서는 주로 블레이드가 받는 공력을 측정했다. 하지만 이러한 풍동 실험에서는 유동 현상에 대한 정밀한 측정이 어려웠으며, 이는 스톨 발생 메커니즘에 대한 면밀한 분석에 어려움이 있었다.

연구에서는 난류 시뮬레이션을 이용하여 날개 주변 유동 현상에 대해 자세히 분석할 수 있었다.

충분이 높은 유동 속도와 받음각을 경험하는 익형의 앞부분에서 강한 압축성 효과가 나타났고, 초음속 영역이 생성되는 것을 확인하였다.

익형의 앞부분에서 국지적으로 생성된 초음속 영역은 블레이드 스톨을 야기하는 유동 현상인 동적 실속 와류를 생성시켰다.

지솔근 교수는“이번 연구성과는 헬리콥터 블레이드의 유동 조건에서 압축성 효과로 인한 국지적 초음속 영역이 블레이드 스톨을 야기하는 것을 밝혀냈다는데 가장 큰 의의가 있다”면서 “국내에서 자체적으로 개발되는 비행체의 핵심 부품인 날개의 공기역학 성능 예측과 이를 기반한 날개 설계에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한국연구재단과 GIST 연구원(GRI)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구성과는 기계·항공 분야의 대표 국제 학술지인 아에로스페이스 사이언스 앤 테크놀로지에 지난달 20일 온라인으로 게재됐다.

지솔근(왼쪽) 교수, 김태순 박사과정생 (사진제공=GIST)
지솔근(왼쪽) 교수, 김태순 박사과정생 (사진제공=GIST)
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