수동 내부 유동을 활용한 드론 프로펠러 블레이드의 소음저감에 관한 실험적 연구

드론과 도심항공모빌리티(UAM)의 활용 확대에 따라 회전익의 소음 저감과 공력효율 확보는 중요한 기술과제로 부각되고 있다. 특히 소형 드론 프로펠러는 낮은 레이놀즈 수 영역에서 운용되어 층류박리, 천이 및 후류 불안정성이 크게 나타나며, 뒷전 부근의 속도변동과 와류 방출은 주요 광대역 소음원으로 작용한다. 본 연구는 별도의 구동기나 외부 에너지 공급 없이 블레이드 내부에 압력 구동형 수동 유동을 형성하여 뒷전 소음을 저감하는 구조를 제안하고, 그 유동제어 효과와 공력·음향 성능을 실험적으로 검증하는 것을 목적으로 한다. 설계 블레이드는 inner span r/R=0.2의 앞전 부근에서 고압 공기를 유입하고, 이를 내부 유로를 통해 outer span r/R=0.8~0.9의 뒷전 슬롯으로 방출하도록 구성하였다. Dual-pulse PIV를 이용해 후류 속도변동, 와도 RMS 및 Reynolds shear stress를 비교하였고, 소음 실험과 추력·토크 측정을 통해 음향 및 공력 성능을 함께 평가하였다. 그 결과 설계 블레이드는 후류의 최대 유동방향 및 수직방향 속도변동을 각각 31%, 18% 감소시켰으며, RMS vorticity와 Reynolds shear stress는 최대 35% 감소하였다. 또한 6~16 kHz의 LBLVS/BVS 관련 주파수 대역에서 소음이 감소했고, A-weighted OASPL은 모든 측정각에서 1.28~2.07 dBA, 평균 1.77 dBA 감소하였다. 반면 FM 감소는 2.36%에 그쳐 공력성능 저하는 제한적이었다. 본 구조는 회전익에 적용하기 어려운 능동 유동제어를 대체할 수 있는 단순하고 에너지 자립적인 소음저감 방식으로서, 소형 드론 및 UAM용 저소음 프로펠러 설계에 활용될 가능성이 있다.