프로펠러 성능해석 툴: QPROP

 프로펠러 성능해석 툴: QPROP                                                     <프로펠러 글 모음>

개요

MIT의 Mark Drela가 만든 모터-프로펠러 성능해석 프로그램이다.(MIT QPROP 사이트)

프로펠러의 성능만 볼 경우 모터는 프로그램 내의 임의의 모델값을 쓰면 된다.

Single 조건 및 다중 조건에 대해 해석이 가능하다.

static 조건(freestream velocity = 0)에 대해서도 해석이 가능하다.

프로펠러 설정 파일

해석을 위해서는 프로펠러의 플랜폼 정보(스팬 방향의 시위길이, 피치각)와 익형의 공력특성 자료가 필요하다.

익형의 공력 특성 자료는 아래 양식의 값이 필요하다.

QPROP의 프로펠러 설정 파일 예제

프로펠러 공력 계수 모델

QPROP에서 사용하는 공력계수는 아래의 공식으로 계산된다.
$CD(CL,Re)  =  ( CD0 + CD2\times(CL-CLCD0)^2 ) \times [Re/REref]^{REexp}$,
 단, CL > CLCD0일 경우 CD2 = 2D2u, CL < CLCD0일 경우 CD2=CD2l

$CL(\alpha) = (CL0+CL\_ a \times \alpha)/sqrt(1-M^2)$

 

프로펠러 공력 계수 변수 설명

Nblades: 블레이드 개수
CL0: 받음각 0도에서의 양력 계수(CL)
CL_a: 양력 계수 기울기
CD0: 최소 항력 계수
CLCD0: 최소 항력 발생 받음각에서의 양력계수
CD2u: CL>CLCD0 인 경우의 CD2
CD2l: CL<CLCD0 인 경우의 CD2
REref: 공력 계수가 계산된 기준 레이놀즈수
REExp: REref가 아닌 다른 레이놀즈수에 대한 보정 계수, 저레이놀즈수 익형 -0.5 사용 
Rfac, Cfac, Bfac: 스팬 위치, 시위 길이, beta에 대한 보정 계수
Radd, Cadd, Badd: 스팬 위치, 시위 길이, beta에 대한 보정 계수
Rfac, Cfac, Bfac, Radd, Cadd, Badd을 이용한 스팬위치, 시위 길이, beta 계산 방법
 $r_{SI}  =  r  \times Rfac  +  Radd$ ($r_{SI}$는 SI 단위의 스팬 위치)
 $c_{SI}  =  chord \times Cfac  +  Cadd$ ($c_{SI}$는 SI 단위의 시위 길이)
 $b_{SI}  = (beta  \times Bfac  +  Badd) * \pi/180$ ($b_{SI}$는 radian 단위의 beta)

QPROP의 양력 계수 계산 방법

QPROP의 항력 계수 계산 방법

모터 설정 파일

모터에 대한 설정은 아래와 같다. 아래는 모터 타입 1인 permanent-magnet brushed 또는 brushless DC 모터에 대한 예제이다.

QPROP의 모터 설정 파일 예제(모터 타입1)

아래는 모터 타입 2인 brushed DC 또는 고차 모델에 대한 예제이다.

QPROP의 모터 설정 파일 예제(모터 타입2)

실행방법

아래와 같은 방법으로 QPROP의 실행이 가능하다.

윈도우에서 실행 뒤에 "> outputfile"을 추가하면 QPROP의 결과를 file로 저장할 수 있다.

single-point: qprop propfile motorfile Vel Rpm 

multi-point, 속도 변화: qprop propfile motorfile Vel1,Vel2,dVel Rpm

multi-point, 속도/rpm 변화: qprop propfile motorfile Vel1,Vel2,dVel Rpm1,Rpm2,dRpm 

파일로 출력 저장: qprop propfile motorfile Vel Rpm > outputfile