A chimera technique for overlapped bodies in relative motion has been developed using unstructured meshes. The time integration was achieved by using a second-order accurate point Gauss-Seidel relaxation method with dual time stepping. For the spatial discretization, a cell-centered finite-volume method was used in conjunction with the Roe's flux-difference splitting. In two-dimensional flows, The solid boundary nodes located next to the intersecting point between bodies are merged to the intersecting point to assure the accurate representation of the intersecting region. In order to assign proper values of the flow variables at the cells located outside of the computational domain, interpolation is conducted for non-active cells. For validation, the motions of an NACA64A006 airfoil and an NACA0012 airfoil with a plane flap were computed and the results were compared with other simulations. The motion of a launching missile ejected from an NACA0012 airfoil and a store penetrating an NACA0012 airfoil were also simulated. Three-dimensional problems were also simulated using this technique. The computational results showed that the current technique can be effectively used for the simulation of practical problems such as launching systems and a deploying motion of wing.
본 연구에서는 비정렬 중첩격자계를 이용하여 서로 겹쳐진 다수의 물체들에 대한 상대운동 해석기법을 개발하였다.
2차원에서는 각각의 격자계에서 임의의 격자요소를 계산에서 제외시키는 홀 컷팅이 물체들이 교차되는 영역에서 합리적으로 진행될수 있도록 두 물체가 교차되는 점에서 가장 가까운 물체 경계면의 격자점을 교차점으로 이동시켰고, 홀 컷팅 과정에서 이 교차점을 기준으로 계산에서 제외되는 영역과 계산에 포함되는 영역이 구분되도록 하였다. 이를 통해 다수의 물체들을 이용하여 완전한 하나의 형상을 구현하였다. 비정상 유동의 해석에서는 모든 시간단계에서 이러한 격자변형이 이루어지도록 하였다. 3차원에서는 물체들의 초기 형상과 격자의 질을 동시에 유지하기 위해 격자를 변형하지 않고, 홀 컷팅 과정에서 모든 격자점들이 다른 물체의 내부에 위치하는 물체 경계의 격자면을 계산영역에서 제외하였다.
비정렬 격자계에서의 불규칙적인 자료구조로 인해 격자요소를 구성하는 격자점의 위치 파악을 위한 탐색은 이웃간 탐색 방법 중 강건하고 신속한 탐색을 수행할 수 있는 선형형상함수(Linear shape Function)를 이용하는 방법을 사용하였다. 독립적으로 구성된 격자계에서 임의의 격자요소를 계산에서 제외시키는 홀 컷팅은 벽면에서의 최소거리를 이용하는 Nakahashi의 방법을 사용하였고, 각 격자계간의 정보 전달을 위해 Pseudo-Laplacian 방법에 의해 얻어진 가중치를 사용하여 삽간을 수행하였다. 비정상 유동의 해석에서는 계산에서 제외되는 비활성 격자가 다음 시간 단계에서 활성 격자로 분류될 때 이전 시간의 유동값이 필요하므로, 매 시간 단계에서 비활성 격자들에 합리적인 유동값을 부여하였다.
수치적인 방법으로는 시간 적분법으로 외재적 시간 적분법보다 빠른 수렴성을 갖는 Jacobi/Gauss-Seidel 내재적 시간 적분법을 사용하였으며, 공간 차분법으로는 Roe의 FDS(Flux Difference Splitting)방법을 사용한 격자중심의 유한체적법을 사용하였다.
2차원에서는 단순 플랩(plane flap)의 진동에 따른 에어포일 주위의 비정상 유동을 해석하여 타 연구자의 해석결과와 비교하여 검증하였고, NACA0012 에어포일의 내부에서 사출되는 missile 형상의 상대운동과 NACA0012 에어포일을 관통하는 missile 형상의 등속 낙하운동을 해석하였다. 3차원에서는 무한 날개에서 사출되는 missile 형상의 상대운동과 missile의 내부에서 다수의 핀이 전개되는 운동을 해석하여 해석기법의 실용성을 확인하였다.
