Helicopter


Helicopter Rotor and Vortex Interaction

   항공산업의 발달과 육상교통의 한계성 극복을 위한 대안으로 헬리콥터의 필요성이 점차로 커져가고 있으며, 기동성 및 이착륙의 용이성, 그리고 경제성으로 인하여 군사적, 산업적으로 많은 수요가 형성되고 있는 실정입니다. 이에 따라 공기역학 및 소음, 구조 및 진동, 동력학 및 비행 진동학 등의 로터 동체 요소기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있습니다. 헬리콥터 로터에서 발생한 와류가 아랫방향으로 내려오면서 헬리콥터 몸체와의 유동간섭을 일으키게 되며, 이는 양력의 손실, 불안정성, 소음등을 유발하게 됩니다. 그러므로 이 유동구조에 대한 정확한 해석은 헬리콥터의 설계에 중요한 핵심사안이 된다고 할 수 있습니다.

   헬리콥터 로터 블레이드의 주위의 3차원 유동장은 크게 로터 블레이드의 끝에서 발생하는 날개끝 와류(tip vortex)와 로터의 회전에 의한 효과(rotation effect)로 특징지을 수 있습니다. 고정된 날개 끝이나 헬리콥터 로터 블레이드 끝단의 후방에서 형성되는 vortex와 이에 따른 roll-up 현상은 공기역학적으로 중요한 의미를 지니게 됩니다. tip vortex는 일반적으로 해석하기 어려운 복잡한 삼차원 박리 유동에서 발생하기 때문에 많은 이론적, 실험적 연구들이 날개 표면 가까이의 경계층으로부터 trailing concentrated vortex에로의 와도 전달(vorticity transport)에 대한 구조를 정성적으로 이해하기 위해 노력해 왔습니다. tip vortex는 일반적으로 유도항력(induced drag)의 갑작스런 감소, 경계층의 stall 등의 유동 불안전성 뿐 아니라 acoustic noise를 일으킨다고 알려져 있으며, 특히 프로펠라나 헬리콥터 로터와 같은 회전하는 블레이드에서는 뒤따라오는 블레이드와의 간섭으로 인하여 고정된 날개에서보다 더욱 복잡한 vortical wake 현상을 보이게 됩니다.

   본 연구에서는 헬리콥터 로터 주위의 3차원 유동장 해석과 이를 바탕으로 하는 소음 해석을 통하여 헬리콥터의 다양한 종류의 소음, 그 중에서도 특히 블레이드와 와류의 간섭에 의하여 발생하는 BVI(Blade-Vortex Interaction) 소음의 원인 해석과 감소 대책에 대한 연구를 수행하고 있습니다. 이를 위하여 일본 항공우주기술연구소(NAL: National Aerospace laboratory)와의 공동연구를 통하여 인적 및 학술적 교류를 진행 중에 있습니다.