전투기급 공력 설계는 최신의 5세대급 외형을 가지면서, 넓은 비행영역에서 높은 양항비를 통한 우수한 기동성능과 고받음각 특성으로 다양한 임무 수행 능력을 목표로 수행되었다. 설계 초기에는 신속한 공력특성 예측을 위해 경험식과 선형이론에 기반한 예측 툴들이 활용된다. T-50 체계개발에서는 해외에서 제공한 실행파일 형태의 툴들을 활용하였지만, 이후 툴 국산화에 착수해 전투기급 체계개발에 활용 가능한 수준으로 개발하였으며, MDO 기술을 활용하여 형상설계 및 해석을 통합한 최적설계 툴을 개발 및 활용하였다.
설계 성숙도 및 해석 정확도 향상을 통한 외형 확정을 위해 방대한 양의 CFD와 12,000시간 이상의 풍동시험이 활용되었다. 전투기급 개발 풍동시험은 아음속, 천음속, 초음속 영역을 포함하는 방대한 시험 시간이 필요하며, 힘/모멘트 시험, 흡입구 시험(Isolated, Forebody), 공력하중 시험, 로터리 밸런스 시험, 스핀 시험, Air Data 보정시험, 외장분리 시험이 수행된다. T-50 대비 증가된 수의 엔진과 수직 미익 형상에 따른 후방동체 항력예측을 포함한 힘/모멘트 특성 예측을 위한 배기 효과 시험, 내부 Cavity 형상을 포함한 공력소음 시험이 추가로 수행되었으며, 높은 마하수 달성을 위한 경사 충격파 흡입구에 수반되는 블리드, 바이패스 시스템 설계를 위한 흡입구 시험 난이도가 증가하였다. 고기동시 수반될 수 있는 AWS(Abrupt Wing Stall) 특성 파악을 위한 CBSTAT, FTR(Free To Roll) 등 새로운 시험 기법이 이용되어 비행시험 단계 리스크를 완화하였으며, 3D 프린팅 기술을 이용한 신속한 모델 제작 및 소형 풍동시험은 조종안정성 및 고받음각 특성 최적화 형상개발을 위한 다수의 상쇄연구에 유용하게 활용되었다.
CFD 부분에서는 6,500 cores 수준의 대용량 HPC 환경 구축과 상용 S/W 활용 및 In-House Code 개발을 통하여, 풍동시험 수행이 어려운 유동특성 분석, Trade Study 지원, 풍동시험 결과 보정에 활용하였다. 특히 AWS 해석, 수평/수직미익 버펫특성 분석, 쌍발엔진 배기효과 분석, 흡입구 형상 및 블리드/바이패스 시스템 설계/해석, 내부 Cavity 공력 소음해석, 무장분리 해석, 조종안정성 동적 미계수 예측 등 주요 설계 현안의 적기 해결에 기여하였다. 공력설계 뿐만 아니라, 설계하중, 내부 열유동, 연료, 화재소화, 환기 해석, 사출시스템 등 세부 계통 설계/해석에 활용되었다.
성능해석, 조종안정성 시뮬레이션 정확도 향상을 위해 공력 Database의 구성 방법을 F-16, T-50에서 개선된 추력 연동형 Database로 구성하는 방법을 개발하였다. 엔진 파워 조건별 흡입구, 배기노즐, 블리드/바이패스, 이차 흡/배기구를 통한 힘/모멘트 변화를 연동한 공력 Database를 적용하였다.
출처
전투기급 형상개발을 위한 공력설계 기술 향상 연구
Enhanced Aerodynamic Design for Fighter Configuration Development
한국항공우주학회 2020 추계학술대회
http://blog.naver.com/jhst3103/222244752130
작성일 : 21-02-17 16:12
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