[XFLR5] Chord 2m에 대한 날개 해석이 안되요.

 

안녕하세요 정진센터입니다.

해당 글은 2024년 9월 5일 문의주신 분의 메일에 대한 답변을 정리하여 작성하게 되었습니다.

메일로 문의주시면 빠르게 답장드리고 블로그에 공유해도 되는지 여쭤보고 공유드리기때문에 편하게 문의 주시면 감사하겠습니다.

 

문의 주신 메일은 아래와 같습니다.

Q&A 3에서 문의주신 분이 추가적으로 문의 주신 내용입니다.

 

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안녕하세요.  https://jj-center.tistory.com/71 사이트 내에서 XFLR5 관련해서 문의 드렸던 공대생백입니다.

이전에 알려주셨던 해결 방법인, batch analysis를 이용하여 분석을 진행을 하였습니다. 
이때, x-foil은 유사하게 나오지만, 공력과 Cl,Cd가 도출이 안되어 부득이하게 한번 더 메일을 송부하게 되었습니다. 
추가적으로 혹시 해결 방법을 알 수 있는지 궁금합니다.
귀한 시간 내어 읽어주셔서 감사합니다.

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우선 같이 보내주신 XFL 파일을 보면서 말씀드리도록 하겠습니다.

파일명 : testplane_0905.xfl

Fig.1 testplane_0905.xfl 파일 키면 나오는 첫 모습

 

해당 파일을 처음 켜보면 Wing and plane design의 해당 날개가 먼저 보이게 됩니다. 파일을 저장하실때 가장 마지막에 작업하던 Module에서 저장되고 다시 켜보면 그 Module에서 시작함을 알 수 있습니다.

 

해석 세팅은 공기 속도 17m/s, VLM1 해석으로 되어 있었습니다.

 

Fig.2 testplane_0905.xfl 해석 진행시 오류

 

받음각 -5도 ~ 10도까지 0.1간격으로 해석을 진행해 보았습니다. 그랬더니 Errors encountered라는 오류문구가 나오고 Span Position에 대해서 outside the flight envelope라는 문구가 나옴을 확인하였습니다.

이는 날개 panel에서 span 방향의 특정 지점의 에어포일의 CL값이 CLmax, CLmin를 넘어 갔음을 의미합니다.

 

한번 확인해 보겠습니다.

Re = 2,266,667에서 SD7062에어포일에 대한 해석 결과를 확인해보시죠.

 

Fig.3 SD7062 에어포일의 Re226만, -15~15도 받음각에 대한 해석 결과

 

Xfoil direct analysis에서 해당 에어포일에 대한 해석 결과를 보시면 -1.5도 받음각부터 해석이 됨을 확인하실수 있습니다.

저는 -15도 부터 해석을 명령했지만, 에어포일의 dat파일 상태나 난류 상태등의 조건에따라 해석이 안되는 경우가 있음을 다시한번 확인하였습니다. 이 경우 Wing and Plane design module에서 VLM analysis를 수행하면 -1.5도 이하에서는 해석이 안됨을 의미합니다.

 

Fig.4 VLM1 해석 오류1

 

오류 로그를 처음부터 다시 보면 날개의 받음각 -5도에서 날개 panel 모든 항이 비행 기동선도의 밖에 있다고 말하고 있습니다. 즉, Root 기준 Span -1.2m에서 Cl = 0.1 값이 필요하다고 나오는데 이값이 Xfoil direct analysis의 Cl 그래프에 없고 오차범위를 넘어버림을 의미한다고 판단하고 있습니다.

 

 

Fig.5 VLM1 해석 오류2

 

그러면 Fig.5처럼 받음각 0도에 대한 경우도 같은 오류가 나오는데 이는 Xfoil direct analysis에서 해석이 수행됨에도 왜 오류가 나오는 걸까요?

 

Fig.6 VLM1 해석 오류2_1

해당 오류를 확인하기 위해서 다시 Xfoil direct analysis로 가서 Re 2266667 해석에 대한 값을 확인해 보겠습니다.

일단 Re2,266,667에 대해서 해석을 명령하였으나 2,266,670으로 해석이 진행되었습니다. 첫째자리 오류는 전체적으로 크지 않음으로 오차범위로 두고 넘어가보겠습니다.

 

그럼 cl vs alpha(받음각)에 대한 그래프를 보겠습니다.

빨간색 화살표로 표시된 부분이 받음각 0도에 대한 포인트이며 이때 cl값은 0.459임을 아래 Fig.7을 통해 확인 하실 수 있습니다. 이 값은 위 VLM1 해석시에 요구되는 Cl값 0.1보다 매우 큰 값으로 outside the flight envelope 임을 확인 할 수 있습니다. 다른 위치에서도 0.14부터 0.18인데 이값들도 0.459에 많이 못미침으로 해석이 제대로 되지 않았던 것입니다.

Fig.7 VLM1 해석 오류2_2

 

Fig.8 VLM1 해석 오류 해결 시도

 

위에서 말씀드린 문제로 인해서 해석이 안되었던 것입니다. 그래서 226만번대 Re수 위 아래로 좀더 조밀하게 하여 해석을 수행해 두었더니 7도에서 10도까지 해석은 되는 것으로 확인 하였습니다.

 

Fig.9 VLM1 해석이 되는 지점

 

이부분의 해석이 되는것은 XFLR5를 만드신 Andre 분의 코드에서 Flight envelope와 Xfoil간의 적정 오차에 해당하기 때문에 진행되는 것으로 사료됩니다. 그리고 추가적으로 이렇게 레이놀즈수가 큰 날개나 비행기에 대한 해석은 포텐셜플로우 기반 저정밀도 해석 툴 XFLR5로 해석하는데 무리가 있음으로 Openfoam, StarCCM+, Ansys Fluent와 같은 전문 CFD 툴을 사용하는 것을 추천드립니다.

 

마지막으로 원본 파일과 수정파일을 공유드리며 마무리 하겠습니다.

감사합니다.

 

원본 파일

testplane_0905.xfl

0.35MB

 

수정본 파일

testplane_0905_revised_jjc.xfl

0.59MB

 

 

P.S 제 글에 오류가 있거나 추가적인 생각이 있으신분은 늘 기다리고 있으며 댓글이나 메일로 문의 주시면 수정 보완하도록 하겠습니다.