전투기 형상 주변 Abrupt Wing Stall 현상 해석
일반적으로 현대 전투기는 아음속-천음속-초음속 전 영역에서 운용되는데, 이 중 천음속 영역은 아음속과 초음속 영역에서 발생하는 모든 특징을 가지는 유동 영역이다. 이 영역에서는 국소적인 초음속 유동으로 인한 충격파와 충격파-경계층의 상호작용, 충격파로 인한 박리, 난류 경계층 등 비선형성과 비정상성이 강한 복잡한 유동 현상이 나타난다. 특히 고받음각 조건에서 천음속 기동 시에는 전투기의 복잡한 형상에서 발생하는 와류들이 복합적으로 작용하여 양쪽 날개에 비대칭적인 와류 유동구조가 발생하는데, 이를 Abrupt Wing Stall(AWS)이라고 한다. 이는 양쪽 날개에 비대칭적으로 힘을 발생시켜 결과적으로 횡방향의 제어가 불가능한 움직임을 유발하므로 발생하지 않도록 설계하는 것이 필수적이다. 하지만 이 현상은 지난 50년 동안 전투기 개발 과정에서 지속적으로 보고되어 왔음에도 불구하고 상세한 발생 과정은 명확하게 알려져 있지 않아 지속적으로 연구되고 연구 분야 중 하나이다.
본 연구실에서는 수치 해석 방법을 통해 AWS 현상을 포착할 수 있는 해석기술을 확보하고 이를 바탕으로 해당 현상의 특성을 분석한 후 원인을 파악하여 최종적으로 AWS 현상을 저감할 수 있는 방안을 제안하는 연구를 수행하고 있다.
Fig. 1. 전투기 유동 해석 : (좌) RANS 난류 모델, (우) DES 난류 모델
그림 1과 그림2는 전투기 형상을 각각 RANS 난류해석 기법과 DES 난류 기법으로 해석한 결과로, Q-criterion에 대한 iso-surface와 압력 컨투어를 나타낸 그림이다. 일반적인 비행체 해석에 사용되는 RANS 난류 기법의 경우, 고받음각 기동 시 발생하는 와류 구조가 잘 모사되지 않고 좌우대칭으로 발생하고 있다. 이에 반해 DDES 난류해석 기법 적용 시에는 디테일한 와류 구조가 모사되었으며, 무엇보다 AWS 현상의 대표적인 특징인 유동 구조(LEX vortex 및 주날개의 압력 분포)의 비대칭성을 확인할 수 있다.
