[프로젝트1-30] openvsp를 이용한 CDF구하기

 

 

 

33.  ${C}_{{D}_{F}}$ 구하기

 

항공기의 동체는 그 형태를 명확히 구분하기 어렵습니다. 예를 들어 보잉시리즈의 여객기같은 타원형 동체가 있는가 하면 전투기같은 복잡한 형상이 있기도 합니다. 날개는 비교적 간단하여 형태를 쉽게 수학적으로 표현할 수 있지만, 동체는 쉽지않습니다.

그렇다면 우리는 동체의 여러 계수들을 어떻게 구할 수 있을까요?

답은 CFD(Computational Fluid Dynamics)입니다.

 

하지만 공대 학부수준으로 항공기처럼 복잡한 형태를 높은 정확도로 해석하는 것은 쉽지 않습니다.

따라서 저희는 상용 CFD보다는 B급냄세가 나는 CFD 프로그램을 사용할 것입니다.

이전에 XFLR5라는 프로그램도 소개해 드렸죠?

 

이번에는 Open VSP라는 프로그램을 소개해드리겠습니다.

openvsp.org/

OpenVSP

 

위의 사이트에서 무료로 다운받으실수 있습니다.

이는 NASA에서 개발한 오픈소스 프로그램입니다.

주 목적은 우리처럼 간단하게 비행기를 해석하는 것입니다.

대충 그려보고 그 비행기의 특성이 어떤지 확인함이지, 이게 100% 정확하다는 것은 아닙니다.

쉽게 말해 큰 틀에서 비행기가 어떤지 확인함이 크고 더 정확한 것은 상용 CFD나 풍동실험을 해야합니다.

다만 RC비행기급에서 이정도면 충분할 것같습니다.

 

https://www.youtube.com/watch?v=ilOXnWJNsDc&list=LL&index=54&ab_channel=OpenVSPVideosOpenVSPVideos 

 

위의 영상에서 항공기의 mesh를 어떻게 생성하는지 1~2시간 정도 투자하면 충분히 만드실 수 있을 것입니다.

그렇다면 Parasite drag의 일종인 ${C}_{{D}_{F}}$는 어떻게 구할 수 있을까요?

아래의 영상을 참고하시면 Parasite drag를 어떻게 구하는지 그 순서를 NASA출신 박사님들이 알려주십니다. ㅋㅋ 개꿀

 

https://www.youtube.com/watch?v=nVVyl08yLLQ&ab_channel=OpenVSPVideosOpenVSPVideos 

 

 

 

그림 1 : side view

 

그림 2 : front view

그림 3 : top view

 

CAD 프로그램처럼 정확한 치수를 기입해서 그리는 것이 아니라 모양이 실제랑 많이 다르게 됬습니다.

물론 시간을 많이 소요하면 점점 비슷하게 되겠지만 우선 이정도로 만족하고 넘어가겠습니다. 

적어도 90%는 일치할 것으로 보입니다. 그래도 날개는 이론과 정확하게 그려 위치시켰습니다.

 

 

그림 4 : navion parasite drag

왼쪽 패널을 보면 단위(unit), 층류 마찰계수 방정식(Laminar friction coefficient equation), 난류 마찰계수 방정식(Turbulence friction coefficient equatuin), 주날개의 기준 면적(Reference area), 비행기 속도(Velocity of infinite), 고도(Altitude), 온도 변동(Delta temperature) 등을 설정할 수 있습니다. 제가 정확하게 설정했는지는 좀더 검토가 필요하지만 위의 영상을 참고하여 기본값으로 하였고 Reference Area는 모델 기반으로 설정했습니다. 그리고 일단 비행속도는 10m/s, 고도는 해수면(See level)로 하였습니다.

 

오른쪽 패널을 보시면 FuselageGeom가 2개있는데 캐노피가 따로 설정되어 그렇습니다. C_D값은 두 값을 더하면 됩니다. 위와 같은 설정으로 했을때 Navion의 ${C}_{{D}_{F}}$는 0.00585+0.00205=0.0079가 됩니다. 

 

앞으로 동체 항력계수를 구할때 이 프로그램으로 간단하게 구하면 될것 같습니다.

 

생각보다 가벼운 마음으로 이 프로그램을 속성으로 공부해서 값을 구했는데 

공부하면 할 수록 생각보다 어려운 프로그램인것 같습니다. 

다양한 이론를 기반으로 하기때문에 정밀한 값을 구하려면 많은 공부가 필요해보입니다.

 

우선 Navion 프로젝트를 진행하면서 이부분의 검증도 수반될 것같습니다.

 

 

p.s 제가 모델링한 openvsp 파일은 아래 링크에서 다운받으실 수 있습니다.

http://hangar.openvsp.org/vspfiles/536

VSP Hangar | Ryan Navion 1/6 scale

 

 

 

 

그림 5 : Navion isometric view in openvsp