도관식 비행 자동차 호버링 상태에서 효율적인 추력 요구를 충족하는 프로펠러 설계를 위해, 비행 자동차 도관 프로펠러 설계 방법을 제안하였다. 이 방법은 블레이드 요소 운동량 이론과 도관 프로펠러 와류 이론을 바탕으로 프로펠러 블레이드를 설계하고, 전산 유체 역학(CFD) 보정을 통해 설계 요구를 만족하는 도관 프로펠러를 도출한다. 비행 자동차 호버링 조건에서 도관 프로펠러의 공기역학적 연구를 수행하였으며, 도관 프로펠러와 독립 프로펠러의 공기역학적 성능을 분석하였다. 결과는 도관 프로펠러가 블레이드 팁 와류를 억제하고 도관에서 발생하는 추가 양력을 이용하여 총 추력을 고립 프로펠러 대비 11.1% 향상시키고, 전력 소비를 10.5% 감소시켰음을 보여준다. 호버링 조건에서 도관 프로펠러 성능 최적화를 위해, 깔때기 확장 각도를 동적으로 조절하여 호버링 상태에서 유입량을 최대화하고 총 추력을 15.53% 향상시키는 가변 도관 프로펠러 설계를 제안하였다. 본 연구는 블레이드 요소 운동량 이론과 CFD 보정이 결합된 고정밀 설계 방법을 검증하였으며, 비행 자동차 추진 시스템의 효율적인 공기역학적 설계에 이론 및 기술적 지원을 제공한다.

비행 자동차; 도관 프로펠러; 블레이드 요소 운동량 이론; 수치 시뮬레이션; 공기역학적 특성; 가변 도관 설계