Square-back Ahmed 차량 모델 후류의 bi-stability 분석 및 비정상 분포 가진을 이용한 제어
- 주제(키워드) Square-back Ahmed 차량 모델 , 비정상 분포 가진 , 난류 유동 제어 , 항력 섭동 저감 , bi-stability
- 주제(DDC) 621.8
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이정일
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 기계공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035858
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
3차원 Square-back 차량의 후류에서 발생하는 bi-stability 현상은 주행 안정성을 저해하고 항력을 증가시키는 주요 원인이다. 본 연구에서는 ReH = 92,000 조건에서 Square-back Ahmed 차량 모델에 대해 큰 에디 모사(Large Eddy Simulation, LES)를 수행하여 bi-stability의 발생 원인을 물리적으로 규명하고, 비정상 분포 가진(Unsteady Distributed Forcing, UDF) 기법을 통한 능동 제어 가능성을 탐구하였다. 먼저 제어 전 기저 유동 분석을 통해 차량 상단 전단층에서 간헐적으로 생성된 hairpin vortex가 하류로 이동하며 기존 후류 구조와 상호작용하는 과정이 비대칭 유동 상태 전환의 핵심 메커니즘임을 확인하였으며,이는 선행 연구들의 주장을 물리적으로 뒷받침하는 결과이다(Dalla Longa et al., 2019). 이러한 분석을 바탕으로 차량 후면 상 ·하단 및 측면에 UDF를 적용하여 제어 변수에 따른 공력 성능 변화를 검토한 결과, out-of-phase 방식의 제어는 평균 항력(CD,mean)을 다소 증가시켰으나 UDF-OL에서는 항력 계수의 섭동(CD,rms)을 유의미하게 감소시키는 효과를 보였다. 반면, 횡력 계수의 섭동(CZ,rms) 은 주파수 증가에 따라 일부 감소하였으나 bi-stability 현상 자체를 완전히 억제하는 데는 한계가 있었다. 특히 UDF-IL에서는주파수 대역에 따라 상이한 제어 메커니즘이 관찰되었는데,저주파수(f∗0 = 1.0)에서는 전단층 와류 증폭에 따른 기저부 흡입 효과로 항력이 증가한 반면, 고주파수(f∗0 = 10.0)에서는 전단층의 안쪽 굽힘을 유도하는 boat-tailing 효과를 통해 약 1.5%의 항력 저감을 달성하였다. 특히 f∗0 = 0.0인 정상 분사 조건에서는 유체 장벽에 의한 재순환 영역의 축소로 본 연구 최대치인 2.8%의 항력 저감 효율을 기록하였다. 주목할 점은 고주파 제어로 갈수록 평균 항력은 감소하지만, 항력의 섭동(CD,rms) 은 가진 주파수에 의한 전단층 내 레이놀즈 응력(u′u′) 피크의 영향으로 인해 오히려 선형적으로 증가하는 상충하는 경향이 확인되었다는 것이다. 이는 공력 성능 개선과 주 행 안정성 확보가 서로 반비례적인 관계에 있음을 시사한다. 본 연구는 UDF 기법이 3 차원 블러프 바디의 공력 성능 조절에 유효함을 입증하였으며, 향후 제어 각도 및 위치 최적화를 통한 개선된 제어 전략의 필요성을 제시한다. 키워드: Square-back Ahmed 차량 모델, 비정상 분포 가진, 난류 유동 제어, 항력 섭동 저감, bi-stability
more목차
1. 서론 1
2. Numerical details 3
3. 유동 통계량 비교 및 bi-stability 특성 확인 6
3.1 유동 통계량 비교 및 분석 6
3.2 Bi-stability 및 hairpin vortex의 확인 10
4. 제어기법과 제어결과 16
4.1 제어기법 16
4.2 제어 결과 18
4.2.1 UDF-OT (상·하단 out-of-phase) 18
4.2.2 UDF-OL (측면 방향 out-of-phase) 25
4.2.3 UDF-IL (측면 방향 in-phase) 32
5. 결론 44
참고문헌 46
Abstract (in English) 49
