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Dynamics >>20
CSIR
develops helicopter flow field simulation technology
Kaven
Naidoo, CFD Engineer, Defencetek, CSIR, South Africa
South Africa의 CSIR에서의 방위항공학 프로그램은 지난 50여년간 South African Air Force(SAAF)에게 핵심적인 기술 제공자였습니다. 특히 Helicopter 기술에 상당한 노력이 기울여져왔습니다. CFD, 모델링 및 시뮬레이션, 공기탄성력, 진보된 구조 및 풍동시설은 Helicopter의 제작, 작동, 공기역학적 분석 및 최적화, 비행 시뮬레이터 개발, 하드웨어 개발 및 향상 등의 지원에 관련된 항공학 기술을 발전시켜왔습니다.
CSIR의
방어항공학 CFD Group은 Helicopter가 Hovering하거나 앞으로 비행할
때의 Helicopter 주변의
유동장을 시뮬레이션하는데 상당한 노력을
하고 있습니다. 이중 Rooivalk Combat Helicopter와 Oryx Transport
& Medium Lift Helicopter의 CFD 모델은 이미 개발되었고 시뮬레이션
결과는 디자인에 적용되어왔습니다. STAR-CD, 특히 pro-am은 이 기술을
발전시키는데 매우 귀중한 Tool입니다.
Hovering하거나 앞으로 나아가는 Helicopter 주위의 유동장 및 복잡한 형상을 고려한다면, CFD 소프트웨어와 하드웨어적으로 과도한 부하가 걸릴 것으로 생각할 수 있습니다. 정상상태에서의 Helicopter Hovering을 해석하는 것이 가능하므로, 비정상상태의 해석은 Helicopter 방위를 통해 Rotor Shaft 주위를 회전하는 각 Rotor Blade Pitch만큼 비행방향으로 Trimmed된 Helicopter가 필요합니다. 따라서 각 Blade의 움직임은 해석이 진행됨에 따라 독립적으로 지정되고 조정되어야 합니다. 더우기, Tail Rotor의 움직임은 Main Rotor의 움직임과는 별개로 설정하여야 합니다. STAR-CD의 진보된 Mesh Movement 능력은 이러한 Case의 모델링을 가능하게 합니다.
비행기 동체는 복잡하고 Multi-Block 격자 생성 방법은 이미 알려진 바와 같이 비효율적이고 시간 낭비이다. 따라서 자동 격자 생성이 필요합니다. 먼저 Solidworks에서 Solid Model을 생성하고, STAR-CD Plug-in을 이용하여 동체 주변의 표면에 Wrapping하였습니다. 이 표면들은 pro-am의 표면 Tool을 이용하여 적절한 수준으로 조정해주었습니다. 그 후에 원래의 표면은 Subsurface를 만들기 위해 Offset Distance만큼 확장되었습니다. pro-am으로 Cell 분류 및 재정렬을 번갈아 실시하고 나서, Subsurface 외부에 효율적인 Trimmed-Cell Mesh가 생성되었습니다. Helicopter 표면에 수직인 Cell의 Layer인 Sub-Layer는 기존의 표면과 Subsurface 사이의 공간으로 차 있습니다. Helicopter 표면에 인접한 Cell의 Quality를 조절함으로써 Turbulence Modeling 및 Viscous Drag 예측 을 향상시킵니다.
Rotor부, 측면 및 축방향 Rotor의 기울기와 주기적 설정 및 Rotor의 형상은 Main과 Tail Rotor를 모델링하는데 필요한 다양한 Parameter 중의 하나입니다. 이 Parameter들은 동체의 자세와 더불어 동체쪽의 Grid와 통합을 수행하고 Block Structure를 사용하는 독립된 Rotor Grid를 자동적으로 생성하는 FORTRAN Code를 포함하는 CAMRAD J/A를 이용하는 Dynamic Flight Simulation으로부터 나왔습니다. 측면 및 축방향 Cyclic Pilot Input을 포함하는 Mesh Movement Script는 Helicopter의 방위를 통해서 Rotor 중심 주위에서 회전하는 동안 각 Main Rotor Blade의 Pitch Attitude를 조정합니다.
동체
및 Main Rotor의 모델링은 Defence Aeronautics Programme에 있는 7m
짜리 풍동 및 저속 풍동에서 수행되는 실험의 결과와 비교됩니다. 이런
확인 과정은 SAAF와 Armscor로부터 지원을 받는 향후 2년동안은 계속될
것입니다. 그러나 이런 CFD Group들의 노력은 비교할 수 없는 SAAF에게
소중한 정보와 시야를 제공할 것입니다.
Velocity
Magnitude Contours for Oryx in Hover
Velocity
Magnitude Contours for Oryx in Hover with superimposed
pressure contours on surface
Surface
of trimmed cell mesh Pressure contours on helicopter
surface in
forward flight
for Rooivalk Attack Helicopter
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