• 한국항공우주학회지
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• 제42권2호
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• pp.134-143
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• 2014

추운 기후에서 운영되는 풍력터빈 시스템의 표면에 발생한 결빙으로 인하여 공기역학적 성능이 크게 저하될 수 있다. 이러한 결빙은 양력감소 및 항력증가를 야기하고, 발전효율에 부정적인 영향을 미치게 된다. 이로 인하여 풍력발전기의 성능저하 또는 과부하, 무게중심의 변화에 따른 과도진동, 결빙파편이 지상으로 떨어질 경우의 안전성 문제, 계기의 결빙으로 인한 계기 측정오차, 최악의 경우 풍력 시스템 정지 등의 문제가 발생한다. 본 연구에서는 결빙증식이 풍력 발전기의 공력특성에 미치는 영향을 CFD 기법을 이용해 분석하였다. 또한 결빙증식 결과를 바탕으로 BEM 기법을 적용시켜 삼차원 블레이드에 대한 공력성능을 계산하였다. 결빙의 두께는 상대적인 속도차이에 의해 블레이드 중심에서 끝단으로 갈수록 증가함을 알 수 있었고, 공기의 속도가 결빙증식에 미치는 주요 인자임을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권7호
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• pp.445-454
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• 2022

항공기가 빙점 이하의 습도가 높은 구름대를 지날 때 액적이 항공기와 충돌하면 날개, 동체 등 항공기 구성품에 결빙이 발생한다. 특히 항공기의 날개에 결빙이 증식되면 공력 성능의 저하와 비행 안정성의 감소 등의 치명적인 안전 문제를 초래할 수 있다. 본 연구에서는 항공기 날개에 적용되는 고양력 장치인 다중 익형의 결빙 증식량이 최소가 되도록 형상 최적설계를 수행하였다. 3차원 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 지배 방정식을 이용하여 공력해석을 수행하였고, 다물리 전산해석을 통해 결빙의 형상 및 증식량을 예측하였다. 최적설계의 목적함수는 결빙 증식량 최소화로 설정하였고, 설계변수는 Slat과 Flap의 전개 각도와 위치를 정의하는 형상 변수 6개를 선정하였다. 설계 과정에서 목적함수의 평가는 크리깅 근사모델을 사용하여 대체하였고 유전자 알고리즘을 적용하여 최적 형상을 도출하였다. 최적화를 수행한 결과, Slat과 Flap에 최적의 전개 각도와 위치를 적용하였을 때 결빙 증식량이 약 8% 감소하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제15권2호
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• pp.71-78
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• 2010

As a step toward accurate prediction of droplet impingement and ice accretion on aircraft, an Eulerian-based droplet impingement and ice accretion code for air flows around an airfoil containing water droplets is developed. A CFD solver based on the finite volume method was also developed to solve the clean airflow. The finite-volume-based approach for simulating droplet impingement on an airfoil was employed owing to its compatibility with the CFD solver and robustness. For ice accretion module, a simple model based on the control volume is combined with the droplet impingement module that provides the collection efficiency. To validate the present code, it is compared with NASA Glenn IRT (Icing Research Tunnel) experimental data and other well-known icing codes such as LEWICE and FENSAP-ICE. It is shown that the collection efficiency and shape of ice accretion are in good agreement with previous experimental and simulation results.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권6호
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• pp.530-536
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• 2010

비행 중 대기조건에 의한 결빙은 항공기 안전성과 직결되며, 특히 항공기 표면 발생 결빙은 공력 특성 변화를 야기하여 제어면 성능을 저해하는 요소가 된다. KC-100 항공기의 결빙에 의한 공력 영향성 조사를 위해 결빙 전문 CFD 코드인 FENSAP-ICE를 이용하였다. 항공기의 공력 특성을 대표하는 주날개 단면 익형을 먼저 고려하고 다음으로 전기체형상에 대해 결빙 해석을 수행하였다. 또한 Anti-Icing 및 De-Icing 장치 설계를 위해 항공기 부품별 결빙 영역 및 결빙 증식 크기를 조사하였다. 결빙 영역은 주날개 및 수평 꼬리날개의 앞전에서 단면 코드길이 기준 약 7.07%, 11.2% 범위를 나타냈고, Wind Shield의 경우 약 16.7%에서 결빙이 발생하였다. 결빙에 의한 공력특성 변화의 경우, 받음각 0도에서 KC-100 항공기의 양력은 64.3% 감소한 반면 항력은 55.2% 증가하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제48권11호
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• pp.911-925
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• 2020

항공기 결빙 보호장치는 항공기의 Window Shield 및 Engine Inlet, Wing 등에 적용되어 운용 중 발생할 수 있는 항공기와 센서의 표면 결빙으로 부터 항공기를 보호한다. 표면에 증식된 결빙은 항공기의 조종 안정성을 저하시키고 대기자료 프로브의 오작동을 일으킴으로써 심각한 사고의 원인이 되기도 하는데, 이를 방지하기 위하여 다양한 방식의 결빙 보호장치가 개발되었다. Electrothermal 방식은 비교적 간단한 구조이고 에너지 효율을 높이는 데 유리하여 가장 많이 사용되는 항공기 결빙 보호장치로 자리매김하고 있다. 본 리뷰 논문에서는 대표적인 결빙 보호장치인 Hot-air 및 Electro-thermal 방식을 집중적으로 분석하였고, 기술 현황과 적용 사례를 바탕으로 결빙 보호장치의 전망에 대해 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권4호
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• pp.253-260
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• 2013

회전익기의 공기흡입구 주위 표면에 발생한 결빙은 엔진의 성능을 저해하는 요인으로 비행 안전성에 심각한 영향을 끼칠 수 있다. 항공기 표면에 발생하는 결빙현상을 분석하는데 많은 비용이 소요되는 결빙 풍동 시험 및 비행시험에 비해 전산유체역학을 기반으로 한 결빙 시뮬레이션은 매우 효과적인 도구가 될 수 있다. 본 연구에서는 결빙조건에서 회전익기 공기흡입구 부근에 설치된 방빙장치의 작동 유무에 따른 결빙의 양과 발생 영역을 CFD 예측기법 및 결빙 풍동시험을 통해 분석하였다. 방빙장치를 작동시킨 경우 공기 흡입구 표면에서의 결빙의 질량과 최대 두께가 약 80% 이상 감소하는 것을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권3호
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• pp.147-155
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• 2022

항공기 및 철도차량 운용 중 발생하는 착빙 및 착설 현상은 공력 성능 감소와 주요 부품의 파손을 야기하기 때문에 시간에 따른 얼음 증식을 예측하는 것이 운용 안전 측면에서 매우 중요하다. 결빙수치해석은 실험적 방법에 비해 경제적으로 저렴하고 상사성 문제로부터 자유롭다는 점에서 결빙 형상을 예측하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 그러나 결빙수치해석은 착빙노출시간을 multi-step으로 나누어 매 단계별로 정상상태를 가정하는 준정상상태(quasi-steady) 가정을 이용한다. 이러한 방법은 효율적인 해석이 가능하지만 연속적인 결빙 형상을 얻지 못한다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 차원축소기법을 활용하여 결빙 형상 데이터를 보간함으로써 시간에 따른 결빙 형상을 연속적으로 예측할 수 있는 모델을 만드는 것을 목적으로 한다. 서로 다른 100개의 결빙 조건에서 형성된 결빙 데이터에 대하여 차원축소모델을 적용하였으며, 학습 데이터의 수와 결빙 조건이 차원축소모델의 예측 오차에 미치는 영향을 분석하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권2호
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• pp.100-106
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• 2012

Ice accretion on the surface of aircraft in flight can adversely affect the safety of aircraft. In particular, it can cause degradation of critical aircraft performances such as maximum lift coefficient and total pressure recovery factor in engine air intake. In this study, computational prediction of ice accretion around a rotorcraft air intake is conducted in order to identify the impingement region with high droplet collection efficiency. Then the amount of ice accretion on the air intake, which is essential in determining the required power of ice protection system, is calculated. Finally, the effect of icing wind tunnel size is investigated in order to check the compatibility with the real in-flight test environment.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.460-463
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• 2010

Ice accretion on aircraft surface can greatly impair the aerodynamic performance of aircraft. As an alternative to the traditional Lagrangian particle tracking approach, an Eulerian-based droplet impingement and ice accretion code for air flows containing water droplets was developed A CFD solver was also developed to solve the clean airflow. The results of present method were compared with experimental data and previous icing codes such as LEWICE and FENSAP-ICE and were confirmed to show good agreement each other in qualitative and quantitative ways.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.464-467
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• 2010

Ice accretion on aircraft surface in icing condition induces external shape changes that may result in a hazard factor for aircraft safety. In case of aircraft main wing with high lift equipment, ice accretion is observed around leading edge and flap. During the design phase, location of ice accretion and associated aerodynamic characteristics must be investigated. In this study, icing effects on aerodynamic characteristics of the main wing section of KC-100 aircraft are investigated using an Eulerian-based FENSAP-ICE code in various icing conditions.