Effects of helicopter wakes on helicopter aerodynamics are serious, but the wake configuration is very complicated and hard to predict. The purpose of this study is the detailed observation of wake using numerical methods. Vortex lattice method and freewake method are used to track the vortices in the wake. In this thesis, the wake configuration is observed during hovering and vertical flight.
In the case of hovering flight at the moderate thrust level, besides tip vortex, counter-rotating vortex can be observed at the inboard part of blade. When the vortices move downward, tip vortex and counter-rotating vortex get close and influence to each other. Therefore, vortices are highly distorted due to their own instability.
Pop-up and pop-down maneuver flight is simulated with the variation of collective pitch angle. In pop-up case, strong tip vortices, which are made from high collective pitch angle, get twisted with other tip vortices due to the different convection velocities to make a bundle of vortices. After the convection of the bundle of vortices downward, another bundle of vortices is formatted in the wake. In pop-down case, similar to pop-up case, the tip vortices make the bundle. But due to the descending rotor, overall wake configuration except the bundle of vortices is uniform.
헬리콥터의 후류가 공기력에 미치는 영향은 매우 크다. 그러나 후류의 형상은 매우 복잡하며 예상하기 힘들다. 본 연구에서는 수치적인 방법을 통하여 후류를 자세히 관찰할 것이다. 후류에서의 와류를 자세히 관찰하기 위한 수치적 방법으로는 와류격자법과 자유후류법을 사용하였다. 본 연구에서 제자리 비행과 수직 비행에서의 후류 형상을 관찰하였다.
적절한 추력계수를 갖는 제자리 비행에서는 익단 와류 뿐 아니라 블레이드의 안쪽에서 발생하는 counter-rotating vortex도 관찰할 수 있다. 이러한 와류들이 아래로 내려가면서 익단 와류와 counter-rotating vortex가 서로 가까워 지며 서로에게 영향을 끼치게 된다. 이에 따라 와류들은 자체적인 불안정성으로 인해 형상이 변한다.
상승, 하강 비행을 모사하기 위해서는 콜렉티브 피치 각도를 변화시키는 방법을 사용하였다. 상승비행에서 콜렉티브 피치 각도가 클 때 발생한 강한 익단 와류는 빠른 하강 속도를 갖고 이로 인해 주변의 다른 익단 와류와 뭉쳐져 와류 뭉치를 형성하게 된다. 이 와류뭉치가 아래로 하강하고 난 이후에는 후류 안에서 다른 와류 뭉치가 발생하게 된다. 하강 비행에서는 상승비행과 유사하게 익단와류가 서로 뭉쳐지는 와류 뭉치가 방생한다. 하지만 하강하는 로터에 의해 전체적인 후류의 형상은 유사하며, 와류뭉치만이 발생하는 모습을 보인다.
