Abstract
In this study, the thrust generation by simultaneous flapping airfoils in tandem configuration is parametrically studied with respect to flapping frequency, amplitude and relative location. Navier-Stokes solver with overset grid topology is employed to calculate the unsteady flowfields. The computation results indicate that when the two airfoils stroke in-phase - flapping phase lag is zero - the maximum propulsive efficiency and thrust can be obtained for most frequency and amplitude range. At a flapping amplitude of 0.2 chord and a reduced frequency of 0.75, the propulsive efficiency of aft airfoil is enhanced by about 37 % compared with that of forward airfoil. However, if flapping frequency exceeds some critical value, the strength of the leading edge vortex of aft airfoil is fortified by the trailing edge vortex of the forward airfoil, resulting in poor propulsive efficiency. It is also found that out-of-phase flapping has relatively low propulsive efficiency and thrust since vortical wake of the forward airfoil interacts with the leading edge vortex of aft airfoil in the unfavorable fashion. The total thrust and propulsive efficiency are shown to decrease with the horizontal miss distance of the aft airfoil. On the contrary, the vertical miss distance has little effect on the overall aerodynamic performance.
본 논문에서는 직렬 배치된 익형이 동시에 플래핑 운동을 할 때의 추력 생성 과정과 유동특성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 익형의 운동 주파수, 진폭 및 전후방 익형 간의 상대거리 등에 대한 계산을 체계적으로 실시하여 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 먼저, 위상차 없이 전후방 익형이 동시에 병진운동을 할 경우 대부분의 주파수와 진폭 영역에서 후방익형의 추력과 추진효율이 최대화됨을 알 수 있었다. 플래핑 진폭이 0.2 코드, 무차원주파수가 0.75일 경우, 후방익형의 추진효율이 전방익형보다 37% 이상 개선되는 것으로 계산되었다. 단, 익형의 운동 진폭과 주파수가 임계치를 초과할 경우 전방익형의 뒷전와류에 의해 후방익형의 앞전와류의 강도가 강화되면서 전체적인 추력과 효율이 저하될 수 있다. 둘째, 전후방익형이 180도의 위상차를 갖고 운동을 할 경우에는 전방익형의 후류와 후방익형이 서로 반대방향으로 상호작용을 함으로써 결과적으로 공력특성이 악화되는 것을 알 수 있었다. 셋째, 후방익형의 배치 위치에 따른 특성은 수평방향으로는 두 익형사이의 거리가 멀어질수록 추력과 효율이 동시에 떨어지며, 수직방향 위치변화에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.
