CFD 수송기 해석 후 와류와 항력 감소를 위한 최적의 Tail Strake 위치 분석 및 시각화 사례
| 프로그램 | Tecplot |
|---|---|
| 종류 | 시뮬레이션 |
수송기의 CFD 시뮬레이션 해석 이후 설계를 최적화 하는데 있어서 정밀한 시각화가 없으면 수송기의 Tail Strake 위치를 정확하게 파악하는 것이 불가능합니다. Tail Strake 는 수송기의 안정성 및 제어를 높이기 위해 후방 동체에 수평으로 장착 된 "핀" 입니다. 독일항공우주센터(DLR)의 엔지니어들은 시각화가 자신들이 설계중인 일반 운송 항공기의 흐름을 효과적으로 이해하는데 중요하다고 생각합니다.
그들이 중요하게 생각하는 사항은 수송기 후미에 화물을 실을 수 있는 능력이었습니다. 이 기능은 아래의 그림1에서 볼 수 있는 긴 상향 경사로에서 확인할 수 있습니다. 이 경사는 그림2와 같이 강한 와류를 생성했습니다. 이 와류는 압력의 회복력을 줄이고 항력을 증가시키는 Flow detachment로 이어집니다. 그리하여 DLR의 엔지니어는 흐름을 유지하고 항력을 줄이는 방법을 찾아야 했습니다.
최적의 Tail Strake 위치 찾기
목표
우리의 목표는 램프로 인해 발생하는 꼬리 소용돌이를 약화시키는 것이었습니다. 이를 위해 꼬리 스트레이크를 정확하게 구성하여 효과적인 역회전 소용돌이를 생성해야 했습니다.
과제
문제는 최적의 꼬리 스트레이크 위치와 방향을 찾는 것이었습니다(그림 3).
방법
CAD에서 메셔, 솔버 및 최적화 도구에 이르기까지 설계 최적화에는 Tecplot 360이라는 시각화 도구가 포함되어 결과를 이해하고 신뢰하는 데 도움이 되었습니다.
그들의 해결 방법 (Process)
CAD에서 부터 최적화 까지 이르는 설계 최적화에 결과를 좀 더 이해하고 신뢰하는 데 도움이 되는 시각화 S/W인 Tecplot 360을 사용하였습니다.
그림 5와 같이 세 개의 Parameters를 중심으로 연구했습니다.
- 1. 꼬리 표면의 u- 등곡 선을 따른 Tail Strake 위치 (일반적으로 앞뒤 위치)
- 2. V- 등곡 선을 따른 Tail Strake 위치 (동체의 방사형 위치)
- 3. U 방향의 접선에 대한 회전 각도 φ (동체에 대한 스트 레이크 각도)
분석 결과
- Tecplot 360에서 생성 한 결과 XY 플롯은 그림 6에 나와 있습니다.
- 최적화 프로그램은 객관적 변수와 설계 변수의 이상적인 점근 적 수렴을 보여 주면서 잘 수행되었습니다.
- 최적화를 통해 스트 레이크 위치로 인해 양력 대 항력 비율이 4 % 개선되었습니다. 이는 매우 중요한 개선입니다.
- 최악 (4 위)과 최고 (44 위) 스트 레이크 위치 간의 28 % 차이는 최대 효율을 위해 스트 레이크를 정확하게 배치하는 것의 중요성을 보여주었습니다. 그림 7을 참조하십시오.
최적 및 최악의 Tail Strake 위치
최악의 Tail Strake 위치는 꼬리 쪽에 와류를 더욱 크게 만들어 더 넓은 detachment의 영역과 높은 항력을 야기시켰습니다. 최적의 Tail Strake 위치는 꼬리 부분에 와류를 잘라내고 detachment를 최소화 시켰습니다. 최적화하는 사람들은 일반적으로 원하는 결과를 내는데 능숙합니다. 다만 그 가운데 기본적인 물리학을 이해하고 신뢰하기 위해서는 좋은 시각화가 필요합니다. 최적의 위치 및 최악의 위치는 그림 8에서 확인하실 수 있습니다.
좋은 성능의 S/W를 이용한 최적화가 최적의 위치를 찾게해 주었습니다. Tecplot 360을 사용한 시각화는 이 상황을 이해하는데 매우 중요하였습니다.
