1. 서 론
회전익기의 로터 시스템은 공중에서의 비행과 안정성을 결정짓는 핵심 요소 중 하나로, 회전익기의 이착륙 시 발생할 수 있는 로터와 지면 및 장애물 간의 간섭 효과로 인한 공기역학적 상호작용은 매우 중요한 문제이다. 이러한 이유로 회전익기 분야에서 유동 간섭현상은 민간 및 군사 분야에서 모두 지속적으로연구되어 오고 있다.
최근 도심 내에서의 효율적인 교통수단으로 각광받고 있는 도심 항공 모빌리티(UAM, Urban Air Mobility)는 주로 도심에서 운영되는 만큼 저고도 비행이나 건물 밀집 지역에서의 비행이 빈번해짐에 따라, 지면 및 건물로 인하여 발생하는 유동 간섭이 기체에 크게 작용할 것으로 예상된다. 이러한 유동 간섭으로 인해 기체의 비행 안정성이 저하될 경우, 도심 내 인명 피해, 지상 교통 혼잡 등 운송수단으로서의 신뢰성 저하에 의한 공공의 안전에 직접적인 위협을 줄 수 있어 UAM의 운용에 심각한 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 영국의 CAA(Civil Aviation Authority)는 항공기의 안전한 작동을 위한 Downwash 효과에 대한 초기 관점을 제시하고 헬리콥터와 수직 이착륙 항공기(VTOL, vertical take-off and landing)의 차이로 인해 발생하는 잠재적인 위험을 승객과 지상 인력의 안전에 초점을 맞춰 연구를 지속해오고 있으며[1], 미국의 FAA(Federal Aviation Administration)는 VTOL 항공기를 기준으로 공공 및 민간 항로 및 버티포트에 대한 설계 지침을 명시하고 있는데, 이 중 현장 안전 요소 중 하나로 Downwash 및 Outwash가 다른 항공기 안전에 문제를 일으키거나 주변 지면, 인프라, VTOL 항공기의 공기 역학적 성능에 영향을 미치지 않도록 고려가 필요하다고 말하고 있다[2]. 따라서, 도심 내 UAM 운용에 따른 안전성에 대한 문제를 해결하기 위해 지면과 건물 주변에서 로터의 후류로 인하여 발생할 수 있는 간섭 효과를 사전 시뮬레이션을 통한 예측 및 분석할 필요가 있다[3, 4].
본 연구에서는 연구실 수준에서 고려되는 스케일 로터의 지면 및 직육면체 단순형상의 장애물 간 거리에 따른 유동 간섭을 상용 프로그램인 STAR-CCM+를 이용하여 분석하고자 한다. 난류 유동의 수치해석 기법은 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 모델을 사용하였으며, 이 모델은 나비에-스토크스 방정식을 시간 평균화하여 얻어진 것으로 계산 효율성이 높고 광범위한 적용이 가능하여 시간에 따른 유동 변화가 심하지 않을 경우 효율적인 방법이다. 이를 이용하여 장애물이 존재하지 않는 지면과 로터와의 수직 거리에 변화를 주어 지면효과에 대한 영향을 분석하고, 장애물을 추가하여 로터의 수직, 수평 위치 변화 등 추가 조건을 고려하여 로터 후류로 인한 유동 변화와 로터의 성능 변화를 중점적으로 분석하였다. Politecnico di Milano(Polimi)에서 진행한 풍동실험 데이터와 시뮬레이션 결과를 수치적으로 비교함으로써 정확성을 검증하였고, 동일한 스케일 모델을 이용하여 연구를 진행하였다[5].
2. 본 론
2.1 이론적배경
2.1.1 지배방정식
RANS 방정식은 유체의 시간에 따른 평균 속도와 평균 압력을 기반으로 유체의 흐름을 설명한다. 난류의 평균 효과를 모델링하여 계산 효율성을 높이고 다양한 산업 유동 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 유용하다는 장점을 가진다. RANS 방정식의 구성 요소는 다음과 같은 지배방정식으로 설명된다.
여기서 식 (1)은 연속방정식(Continuity Equation)으로 질량 보존 원칙에 근거하여 유체의 흐름에서 질량의 연속성을 유지하도록 한다. 식 (2)는 운동량 방정식(Momentum Equation)으로 유체의 운동량 보존 법칙에 기반하여 유체 내의 운동량 변화와 관련된 힘의 균형을 설명한다. 식 (3)은 에너지 방정식(Energy Equation)으로 에너지 보존 원리를 기반으로 하여 유체의 에너지 전달 및 변화를 설명한다.
각 변수는 일반적으로 𝜌는 밀도, 는 평균 속도, 는 수정된 평균 압력, 는 평균 점성 응력 텐서, 는 외부 힘, 는 단위 질량 당 평균 총 에너지, 는 평균 열 플럭스를 나타낸다.
2.1.2 중첩 격자 기법(Overset Mesh Method)
중첩 격자기법은 두 개 이상의 서로 다른 격자 블록이 겹쳐질 때, 각 격자 블록을 독립적으로 생성하여 겹쳐진 격자 간 경계면에서 보간법(Interpolation)을 통해 물리량을 계산하는 수치해석 기법이다. 중첩 격자로 생성된 도메인에서 중복 영역을 Hole cutting을 통해 제거하고, 각 격자 블록 간의 인터페이스를 새롭게 연결해주어 격자를 효율적으로 재구성해준다. 이러한 중첩 격자기법은 복잡한 형상이나 움직이는 경계조건을 포함하는 문제를 효율적으로 계산할 수 있는 장점이 있다. Fig. 1은 본 연구를 위해 생성한 격자의 예를 보여준다.
2.2 해석모델 선정
본 연구에서 사용된 해석모델은 Politechnico di Milano의 실험연구에 사용된 것과 동일하게 설정하였다[5]. 로터의 경우 테이퍼가 없는 직사각형 블레이드를 가진 4엽 프로펠러형 로터이며, 로터의 형상 정보는 Table 1과 Fig. 2(a)와 같다.
Table 1.
Geometric information of rotor model
| Airfoil | NACA 0012 |
| Rotor radius [m] | 0.375 |
| Chord length [m] | 0.032 |
| Rotor speed [RPM] | 2580 |
| Tip mach number [-] | 0.3 |
| Tip reynolds number [-] | 220,000 |
| Pitch angle [deg] | 10 |
장애물은 단순한 직육면체 모양으로, 해석 케이스에 따라 로터와의 상대 위치는 변하나 크기는 고정이다. 장애물의 형상 정보는 Table 2와 Fig. 2(b)와 같다.
2.3 격자 모델 및 유동 조건
본 연구는 유동 해석 소프트웨어인 Siemens 사의 STAR-CCM+ 24.06을 사용하였다. Fig. 3는 로터, 지면 및 장애물 간 유동 간섭현상 해석을 위해 생성한 격자의 예로, 빨간색으로 표기된 Inlet에는 Velocity Inlet, 초록색으로 표기된 바깥 벽면은 Pressure Outlet을 경계조건으로 부여하였다. 그리고 로터, 지면 및 장애물 표면은 각각 No-Slip Wall로 설정하였으며, 각각 을 만족하도록 경계층 격자를 생성하였다. 전체 격자 요소(Element)수는 22 M~32 M 개이며, 격자 수에 따른 정확성을 사전에 분석하여 적절한 개수의 격자 수를 선정하였다.
로터의 제자리비행 해석이 용이하도록 Velocity Inlet의 속도를 매우 작은 값으로 설정하여 초기 해석의 발산을 막고 Rotor에 미치는 영향을 최소화하였다. Turbulence Model은 난류 모델과 난류 모델의 단점을 보완하고 장점을 결합한 SST를 사용하였다[6]. 또한, 모든 해석의 유동 조건은 Politechnico di Milano의 실험연구와 동일하게 설정하였다[3].
2.4 해석케이스
해석케이스는 총 5가지로 설정되었으며, 이는 Fig. 4에 제시된 바와 같이 장애물의 유무에 따라 크게 두 범주로 나뉜다. 첫 번째 범주는 지면만을 고려하며 장애물이 존재하지 않는 단일 케이스로, 이는 Fig. 4(a)에서 설명된 IGE Case(In- Ground Effect)이다. 두 번째 범주는 장애물이 존재하는 상황을 다루며, Fig. 4(b)에서 나타난 네 가지 케이스로 구성된다. 각각의 케이스는 장애물의 위치와 로터의 상호작용을 다양한 조건에서 분석하기 위해 설정되었다. Test Case 1에서는 로터가 장애물의 중앙 위에 위치하며, 로터와 장애물 사이의 수직 거리가 변화한다. Test Case 2는 Test Case 1의 설정을 바탕으로 하되, 로터와 장애물 사이의 수직 거리 대신 수평 거리가 변화한다. Test Case 3에서는 로터가 장애물의 뒤쪽 중앙에 위치하며 수직 거리가 변화한다. 마지막으로, Test Case 4는 Test Case 3의 조건을 바탕으로 하되, 로터의 위치만 장애물 뒤쪽 측면으로 변경했다. 추가적으로 지면 및 장애물이 없는 OGE Case(Out of Ground Effect)의 로터 해석을 진행하여 지면 및 장애물이 있는 케이스들과 비교하였다. 또한, 케이스 별 거리 변화는 Rotor의 반지름인 0.375 m를 기준으로 비례적으로 변경하였다.
2.5 해석결과
해석결과에 사용된 모든 풍동실험 데이터는 Politecnico di Milano[5, 7,8]를 참고하였으며, Table 3, 4, 5, 6, 7, 8을 통하여 풍동실험의 결과와 해석의 오차율이 최대 7.3%로 유사한 결과를 도출하여 해석 결과값이 타당하다고 판단된다.
각 계산에 사용된 식은 다음과 같다[9].
각 변수는 일반적으로 는 추력 계수, 는 토크 계수, FM(Figure of Merit)은 성능지수, 𝜌는 밀도, 는 로터 팁 속도(), A는 로터디스크 면적()을 나타낸다.
위 식을 사용하여 계산한 결과는 Table 3, 4, 5, 6, 7, 8을 통해서 확인할 수 있으며, 모든 해석 케이스들의 Velocity Magnitude Contour는 Figs. 5, 6, 7, 8, 9를 통해서 확인할 수 있다.
각각의 케이스에서 지면 및 장애물의 간섭 효과에 의한 공기역학적 상호작용의 정도를 파악하기 위해, 지면과 장애물의 영향을 모두 제외한 OGE 상태에서 로터에 대한 단독 해석을 수행하여 기준으로 설정했다. Table 3은 OGE 상태를 해석한 결과이다.
Table 3.
OGE case results
| Rotor case | X/R | Y/R | Z/R | [-](Error%) | [-](Error%) | FM[-](Error%) |
| OGE | / | 0.007288(0.24) | 0.000805(3.26) | 0.546(2.67) | ||
지면효과(Ground Effect)란 물체가 지면 근처에서 이동하거나 비행할 때 발생하는 물리적 현상이며, IGE로 불린다. IGE Case에서는 Fig. 5의 Z/R=3, 4와 같이 지면과의 거리가 증가함에 따라 Downwash Effect의 강도가 강해지며 지면과 가까운 영역에서는 로터의 후류로 인한 유동이 소산되는 경향을 보였다[1]. 이와 같은 유동의 소산으로 인해 지면효과의 영향이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, Fig. 5의 Z/R=1, 2와 같이 지면과의 거리가 감소함에 따라 지면에 의해 반사되거나 방해를 받아 Downwash Effect의 강도가 약해지며 로터의 후류로 인한 유동이 지면에 닿으면서 넓은 영역까지 확산되는 경향을 보였다.
이러한 현상은 장애물이 존재하지 않는 OGE Case와 IGE Case의 수치적 값을 비교함으로써 확인할 수 있다. Table 4의 IGE Case 중 지면과 가장 가까운 Z/R=1인 조건일 때, 지면효과의 영향이 커져 OGE Case에 비해 추력이 약 13.5% 증가한 것으로 나타났다. 항력 또한 약 2.9% 증가하였으나, 성능지수가 약 17.8% 증가하여 추력의 증가율이 항력의 증가율을 상쇄시킬 만큼 크며, 전체적인 성능에 더욱 큰 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있다.
Table 4.
IGE case results
IGE Case 중 Z/R=3인 조건일 때, 추력과 토크의 값이 OGE Case와 매우 유사한 값인 것을 확인할 수 있었다. 또한, 수직 거리가 3 이상으로 증가하더라도 추력과 토크의 값은 크게 변하지 않고, Z/R=3인 조건일 때와 유사한 값을 나타낸다. 이러한 효과는 장애물 위에서도 똑같이 적용된다. Fig. 6의 Test Case 1을 분석한 결과, Z/R=2, 3일 때는 로터로 인해 발생하는 후류가 장애물에 부딪치면서 강한 Vortex가 발생하며 장애물 좌우로 Outwash가 발생하였지만, Z/R=3, 4로 수직 거리가 증가할수록 유동이 소산되는 경향을 보였다. 또한, 지면효과만을 고려한 IGE Case와 장애물 위의 Test Case 1간의 추력과 항력에서 큰 차이가 발생하지 않았다. 이를 통하여, 로터의 호버링 시 높이가 동일하면 지면 위와 장애물 위에서 유사한 성능 결과를 도출한다는 것을 확인할 수 있었다. 이는 Table 5를 통해 확인할 수 있다.
Table 5.
Test case 1 results
장애물이 존재하는 Test Case 3과 Test Case 4에서도 유사한 경향을 보이는데, 두 케이스 모두 Z/R=4인 조건일 때, 추력과 토크의 값이 OGE Case와 유사하게 나타난다. 이를 통하여 기체가 지면에서부터 Z/R=4 이상으로 멀어지게 되면 지면과 장애물 효과에 의한 영향을 미미하다고 봐도 무방하다고 판단된다.
앞선 케이스들에서는 수직 거리의 변화로 인해 지면 및 장애물 효과의 영향이 감소하였으나, Test Case 2에서는 수평 거리가 변화하면서 로터가 장애물로부터 멀어짐에 따라 장애물 효과의 영향이 감소함을 확인할 수 있었다. Fig. 7의 X/R=-1에서 장애물로 인해 지면효과와 같은 현상이 크게 발생하였지만 Fig. 7의 X/R=1에서는 로터가 장애물을 벗어나 장애물로 인한 영향이 작은 경향을 보였다. 이는 Table 6을 통하여 수치적인 비교로 확인이 가능하다. 장애물 위의 X/R=-1인 조건에서 추력과 토크 값이 OGE Case에 비해 각각 약 17.6%, 4.7% 증가하는 경향을 보인 반면, 장애물로부터 거리가 먼 X/R=1인 조건에서는 각각 약 1.9%, 1.4% 정도의 증가에 그쳤다. 이러한 차이는 장애물로부터 거리 증가에 따라 지면효과의 영향은 감소함과 동시에, 수직 거리가 Z/R=2로 바닥면으로부터의 지면효과가 여전히 영향을 미친 것으로 판단된다.
Table 6.
Test case 2 results
Fig. 8과 Fig. 9에서 로터가 장애물의 뒤쪽에 위치한 Test Case 3와 Test Case 4에서 로터에 의해 생성된 후류가 장애물에 부딪혀 벽면을 따라 상승하는 Back Flow 현상과 이 유동이 다시 로터로 재흡입되는 현상을 확인할 수 있다. 이러한 유동이 로터로 재흡입되면 Downwash로 인해 장애물과 근접한 로터 부분의 추력은 감소하는 반면, 장애물과 떨어진 부분의 로터 추력에는 변함이 없다. 이는 Fig. 10을 통해서 자세히 확인할 수 있으며, 로터 블레이드는 장애물과 가까운 쪽을 L Blade, 먼 쪽을 R Blade로 구분하였다. 재흡입이 직접적으로 발생하는 영역에서의 표면 압력 분포를 확인하기 위해 블레이드 길이의 25% 지점을 기준으로 설정하였으며 Test Case 3에서 Fig. 10(a)의 Z/R=1인 케이스와 Fig. 10(b)의 Z/R=4.2인 케이스의 비교했다. 재흡입의 영향이 가장 큰 Z/R=1의 표면 압력 계수 그래프를 보면 L Blade의 압력 계수(, Pressure Coefficient)가 R Blade보다 더 높은 점을 확인할 수 있다. 반면, 재흡입의 영향이 가장 작은 Z/R=4.2의 압력 계수 그래프를 보면 L Blade의 압력 계수와 R Blade가 Z/R=1 비해 차이가 작은 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 차이는 Back Flow 현상으로 인한 유동의 재흡입 영향으로 판단되며, 이러한 현상은 축소된 스케일 로터가 아닌 실제 크기의 기체에서는 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다. 그 결과, 좌우에 가해지는 힘이 불균일해져 비행 시 기체가 불안정할 것으로 판단된다. 또한, Back Flow로 인하여 Buffeting 현상이 발생할 수 있으며, 이는 불규칙한 공기 흐름과 양력 감소로 인해 비행 중 진동을 유발하여 승객의 안전과 기체의 기계적 스트레스를 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 진동 현상은 기체의 손상이나 승객의 불편을 초래할 수 있다.
Fig. 11의 Vector를 살펴보면 장애물과 동일 선상에 위치한 Z/R=1에서 Back Flow로 인한 유동의 재흡입 현상이 더욱 두드러지며, 이로 인해 로터의 추력이 감소한다. 반면, 로터와 장애물 간의 수직 거리가 멀어질수록 Back Flow 현상은 여전히 발생하지만, 로터로 재흡입하는 현상은 줄어들어 Z/R=4.2에 도달하면 재흡입 현상으로 인한 추력감소는 무시할 수 있을 정도로 미미하다고 판단된다. 또한, 장애물이 없는 IGE Case나 로터가 장애물 위에 위치한 Test Case 1과 Test Case 2에서는 Back Flow 현상으로 인한 추력 감소 현상이 발생하지 않아, 상대적으로 높은 추력을 나타난다. 이러한 결과는 Table 7과 Table 8을 통하여 수치적으로 확인이 가능하다. Test Case 3와 Test Case 4에서 Z/R= 1에서는 추력이 3.3%, 4.3% 증가하는 현상이 나타났는데, 이는 Back Flow 현상의 발생하였음에도 지면효과의 영향이 더욱 크게 작용하여 추력이 증가한 것으로 판단된다. 지면효과의 영향이 감소하여 Back Flow 현상의 영향이 더욱 크게 작용하는 Z/R=1.8~3.4에서는 추력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, Z/R=4.2가 되었을 때 추력이 OGE Case와 유사한 값을 나타내는데, 이는 Back Flow 현상뿐만 아니라 지면효과의 영향을 무시할 수 있을 정도로 미미해졌다고 판단된다.
추가적으로, 두 케이스의 추력과 항력의 값이 유사하게 나타났으며 Fig. 8과 Fig. 9를 보면 Z/R=1, 1.8에서 Back Flow가 발생하는 현상과 Z/R=4.2로 증가할수록 유동이 소산되는 형태 등 두 케이스의 유동이 매우 유사한 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 장애물 뒤의 로터 위치변화는 지면효과에 미치는 영향이 크지 않다고 판단된다.
Table 7.
Test case 3 results
Table 8.
Test case 4 results
또한, Fig. 12 Test Case 2의 X/R=-1에서 로터에 의한 후류가 장애물의 벽면을 타고 내려오는 것이 아닌 장애물의 모서리 부분에서 강한 Vortex가 발생하며 장애물 좌우로 Outwash를 보이는데, 이러한 유동이 버티포트 및 건물의 근처에 있는 사람을 밖으로 밀어내거나 불안정한 환경을 만들어 사람들에게 불편을 초래할 수 있다. 로터로 인한 강한 Vortex는 사람이나 물체를 예상치 못한 방향으로 밀어내거나, 심지어 공중에서 흔들거림 등 불안정성을 상승시켜 안전상의 문제가 발생할 수 있다[1].
3. 결 론
본 연구에서는 전산 유체 공학을 이용하여 로터가 지면 및 장애물과 인접하여 발생하는 지면효과와 로터의 후류로 인한 간섭 효과가 발생할 때, 각각의 케이스에 대해 시뮬레이션을 통하여 로터에 미치는 영향과 로터의 공력성능 변화를 파악하였다. 위와 같은 분석을 통하여 아래와 같은 결론을 도출할 수 있었다.
장애물이 존재하지 않고 지면효과만 있을 때(IGE Case), 지면에 가까울수록 지면효과의 영향이 커져 추력을 상승시키며, 이는 장애물이 존재할 때(Test Case 1)에서도 동일하게 발생하여 기체의 불안정성을 증가시키는 것을 확인할 수 있었다.
장애물이 존재하며 장애물 위에 존재할 때(Test Case 2), 장애물 뒤 중앙에 존재할 때(Test Case 3), 장애물 뒤 측면에 존재할 때(Test Case 4)를 통해서 장애물, 지면과 멀어질수록 지면효과의 영향이 미미해진다는 것과 지면효과는 장애물의 뒤 측면, 중앙의 차이가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
장애물의 뒤에 위치한 두 케이스(Test Case 3, 4)를 통해서 로터의 후류가 장애물의 벽면을 따라 Back Flow가 발생하여 로터로 재흡입되는 현상이 일어나 로터의 좌우 추력 불균형으로 인한 기체의 불안정성을 증가시키는 것을 확인할 수 있었다.
장애물의 위에 위치한 케이스들(IGE Case, Test Case 1, 2)에서는 Back Flow가 발생하여 로터로 재흡입되는 현상이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.
지면효과로 인한 추력 상승, Back Flow와 재흡입으로 인한 힘의 불균형, Buffeting 현상 등은 모두 기체의 비행 안정성에 부정적인 영향을 미치는 요소들이다[10, 11, 12]. 이러한 문제들이 도심에서 비행하는 UAM 항공기에 발생할 경우, 이는 심각한 문제로 이어질 수 있다. 비행 안정성에 부정적인 영향을 미치는 요소들에 대한 파악과 대책이 없다면 대중들의 신뢰성 저하로 UAM은 대중들에게 불안감을 상승시킬 것이다. 이로 인하여 UAM의 상용화가 어려워진다면 UAM 시장의 성장에 큰 타격으로까지 이어질 수 있다. 더욱이, 기체의 불안정성은 운용 시 충돌 및 추락과 같은 사고를 초래할 수 있으며, 이는 재산 피해를 넘어 인명 피해로 이어질 가능성이 있다. 특히 도심 지역에서는 고밀도의 인구와 복잡한 교통 상황으로 이러한 사고가 더욱 치명적일 수 있다. 또한, 기체의 불안정으로 인하여 비상착륙, 속도 감소 등을 시도할 경우 지상 교통 혼잡 및 도심의 복잡한 지형과 인프라로 인하여 안전한 착륙이 어려울 수 있어 큰 문제를 야기할 것으로 판단된다. 또한, 도심 내에서 운용되는 UAM 항공기는 건물 위나 주위에서 비행 및 이착륙할 가능성이 높으므로, 장애물로 인해 건물 주변에서 기체가 지면효과 영향을 크게 받을 가능성이 높다[13]. 이러한 지면효과로 인한 추력의 상승은 기체의 운용함에 있어 양항비를 개선하고 비행성능을 향상시킬 수 있는 이점이 될 수 있지만, 이착륙하는 기체가 급격한 추력 상승으로 인하여 Ballooning 현상이 발생할 수 있으며, 이로 인해 조종의 복잡성을 증가시키거나 비행 예측의 어려움을 초래하여 안정성이 저하될 가능성이 있다[14, 15]. 따라서 이러한 문제들을 사전에 분석하여 대비하는 것이 UAM을 운용함에 있어 필수적이라고 판단한다.
또한, 강한 Vortex가 발생되는 영역을 면밀히 분석하고, 로터로 인한 후류가 건물에 의해 분산됨에 따라 사람에게 어떠한 영향을 미치는지에 대한 연구가 필요하다[16, 17]. 이를 통해 인명 및 물리적 안전에 대한 영향을 종합적으로 분석할 수 있을 것이다. 이러한 분석을 기반으로, 후속 연구에서는 후류의 분산 특성과 그로 인한 안전 문제를 체계적으로 평가하고, 보다 안전하고 효율적인 설계와 운영 지침을 제시할 수 있는 연구를 계획할 예정이다. 또한, 실제 버티포트의 운영 상황을 보다 비슷하게 재현하기 위해서는 외부 유동이 발생하는 다양한 환경을 고려해야 한다. 추가적으로, 단일로터에서는 후류가 비교적 간단하게 형성되지만, 다중로터에서는 각 로터가 생성하는 후류가 서로 상호작용하면서 복잡한 유동 패턴을 형성하게 되는데 이로 인해 공기 흐름이 불규칙하게 변화하고, 후류의 교란이 더 복잡해질 수 있어 다양한 외부 유동 케이스와 다중로터의 해석이 필요할 것으로 보인다[18, 19].
