최근 인구와 도심밀집도 증가에 따라, 이동 및 운송을 용이하게 할 수 있는 UAM과 같은 복합회전익기 형태의 비행체 개발연구가 늘어나고 있다. 복합회전익기의 기본적인 형상은 기존 고정익 또는 회전익 항공기와는 다른 복합적인 구조를 이루고 있다. 이러한 다양화된 형상은 상용화 전 공기역학적 측면에서 충분한 실험연구를 요구한다.
UAM과 같은 복합회전익기 형상의 유동특성 중, 항력발생은 필연적이다. 이는 해당 비행체의 고속비행, 소형화, 물자 및 인력 탑재 극대화를 모두 추구하면서 발생할 수 있는 문제이다. 항력은 부피를 갖는 비행체가 비행할 때 발생하는 힘으로, 비행안정성 및 운용효율성에 저하를 야기한다. 특히 비행체 동체 후류에 발생하는 유동박리현상은 동체주변의 난류를 일으키고 압력 항력을 증가시켜 이러한 문제의 주원인으로 여겨진다. 이러한 이유로, 현재 전 세계적으로 복합회전익기와 같은 비행체의 동체에 대한 항력저감 연구가 점차 다양화되고 증가하고 있다.
본 연구에서는 이러한 트렌드에 맞추어, 선정된 회전익기 동체형상에 대해 특정 항력저감 기법을 적용하고 풍동시험 및 전산유체해석을 통해 효과를 확인하고자 하였다. 형상은 자체 개발된 고속복합회전익기(High-speed Compound Rotorcraft, HCUR)의 동체부와 NASA에서 개발한 회전익기 동체 형상(ROBIN-mod7)으로 선정하였다. 항력저감을 위한 유동제어기법은 크게 수동유동제어(Passive Flow Control)와 능동유동제어(Active Flow Control)로 구분된다. 수동 유동 제어는 유체의 흐름을 수정하는 물체의 기하학적 구성 요소(곡률, 각도, 모양 등)를 사용하여 유동 제어를 달성한다. 이는 유체의 운동에 따라 변화하지 않으며, 시스템 내부에서 추가 에너지 소비 없이 유체역학적인 특성을 개선할 수 있다. 반면 능동 유동 제어는 전자기장, 음향파, 기계적인 변형 등 외부 영향을 가하여 유체의 흐름을 수정한다. 이를 위해서는 센서, 액추에이터 및 제어 알고리즘 등을 포함한 복잡한 하드웨어와 소프트웨어 시스템이 필요하다. 본 연구에서는 두 유동제어기법을 각각 HCUR과 ROBIN-mod7모델에 적용하여 연구를 수행하였다. 연구결과 획득 및 검증에는 건국대학교 다목적 아음속풍동을 통한 풍동시험과 비정렬격자 CFD프로그램 STAR CCM+를 통한 전산유체해석 결과를 활용하였다.