Numerical simulation of unsteady flow fields around a helicopter and the investigation of the aerodynamic interference between main rotor and other components, such as fuselage, tail rotor and adding units, were conducted. The governing unsteady Euler equations were discretized using a vertex-centered finite-volume method, and the inviscid flux was calculated using Roe`s flux-difference splitting scheme. An implicit time integration algorithm based on the linearized second-order Euler backward difference was used to advance the solution in time. The flow solver was parallelized for the efficient calculation of complicated flows requring a large number of cells. To simulate the relative motion between multiple components of a helicopter more effectively, an unstructured overset mesh algorithm was also used for the flow solver.
The flow solver was applied to the rotor-fuselage interaction problem by solving the flow around the ROBIN (ROtor Body INteraction) configuration. Comparisons between computational results and experimental data were accomplished. It was demonstrated that the present method is efficient and robust for the prediction of the flow fields involving multiple bodies in relative motion. The flow fields around a full helicopter configuration including the tail rotor were investigated. From the results of the simulation, it was found that the mutual interaction between the main rotor and other components, fuselage and tail rotor is significant and should not be neglected for the accurate prediction of helicopter performance.
헬리콥터 주위에서의 비정상 유동장을 수치적으로 모사하고 주로터와 다른 요소들 즉, 동체, 꼬리로터 그리고 외부 장착물과의 공력 간섭현상에 대해 연구를 수행하였다. 격자점 중심의 유한 체적법을 사용하여 지배 방정식인 오일러 방정식을 차분화 하였으며, 비점성 유동 변수들은 Roe의 FDS(Flux Difference Splitting)를 사용하여 계산되었다. 시간 전진은 2차 정확도를 가지는 Euler 풍상차분법을 바탕으로 내재적으로 계산하였다. 많은 격자를 필요로 하는 복잡한 유동 계산의 효율성을 높이기 위해서 해석자를 병렬화 하였다. 여러 개의 헬리콥터 요소 간의 상대운동을 효과적으로 모사하기 위해서 비정렬 기반의 중첩 격자 기법을 사용하였다.
사용된 해석자의 검증을 위해서 ROBIN (ROtor Body INteraction)형상에 대한 유동장 및 간섭현상에 관한 해석이 이루어졌으며, 해석을 통해 얻은 결과는 실험치와 비교하여 본 연구에 사용된 기법에 대한 신뢰성을 확보하였다. 꼬리로터를 포함한 전기체 헬리콥터 형상 주위의 유동에 대해 연구를 수행하였고, 이 수치적 모사의 결과를 통해 주로터와 다른 요소간의 간섭현상은 정확한 헬리콥터의 성능을 예측하는데 있어서 무시되어서는 안되는 중요한 현상임을 확인할 수 있었다.
