본 연구에서는 항공기 결빙보호장치 열해석을 위한 복합열전달 기법 연구를 진행하였다. 장치에 대한 복합열전달 해석 시 유동장 해석의 연성 결합 기법 및 강성 결합 기법에 따른 해석 결과를 정 리하여 비교하였다. 그 결과 연성 결합 기법에 비해 더 나은 정확도 를 보여주는 강성 결합 기법을 활용한 항공기 결빙보호장치를 해석 하는 해석 코드를 개발하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
1) 표면 온도 분포 변화에 따른 대류열전달계수 변화를 예측하 는 것은 항공기 결빙보호장치 해석에 필수적이다. 특히 온도 가 급격히 변하는 구간(각 열원의 열 유량 차로 인한 급격한 열 유량 변화, 표면 위 수막 흐름의 한계, 열원 끝 지점)에서 대류열전달계수가 크게 변하는 것을 확인하였다. 특히 비증 발식(running-wet) 결빙보호장치에 대한 후류 결빙 형상이 이 영향을 가장 크게 받는다. 따라서 후류 결빙이 생성되는 비 증발식 방빙 장치나 제빙 장치 해석에는 강성 결합 기법을 사용해야 해석의 정확성을 향상시킬 수 있다.
2) 이번 연구에 사용된 강성 결합 기법과 수막의 상태변화 및 열전달 해석까지 모두 포함한 강성 결합 기법은 해석 결과에 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 이번 연구를 통해 개발된 해석 코드는 비정상 상태 문제를 해석할 수 있다는 장점이 있다. 이번 연구를 통해 기존 강성 결합 기법에 비해 효율적인 강성 결합 기법을 이용하여 해석 코드를 개발하고 검증할 수 있었다.
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ABSTRACT
CHT Method for Thermal Analysis of Aircraft Ice Protection System
Yonghwan Kim Aerospace Engineering The Graduate School Seoul National University
For aircraft operating under icing conditions, Ice Protection System(IPS) must be installed, and certification of system performance is required. During the installation and certification process, sufficient analysis is needed for the IPS of specific aircraft components, such as wing, windshield, and engine inlet, in which icing occurs mainly. Among the methods of analysis on IPS, numerical analysis is a time-effective and cost-effective method.
Numerical analysis has been conducted to collect accurate heat transfer analysis for thermal IPS, which is mainly used. The analysis involves an internal heat transfer analysis in the icing simulation on the aircraft surface. For accurate heat transfer analysis results, the coupling method is required to analyze regions where heat transfer occurs. Most of the prior research used a loose-coupling method for time efficiency. However, the loose-coupling method does not take into account the effect of heat transfer in each region on the thermal convection of external flow. While the tight-coupling method takes longer to calculate than the loose-coupling method, it can combine all the heat transfer analyses in the IPS simulation process, resulting in high accuracy.