프로펠러는 왕복기관 혹은 터보프롭 기관으로부터 회전동력을 전달받아 항공기의 추진에 필요한 추력을 발생시킨다. 최근 중고도 무인기에 대한 관심이 높아지면서 프로펠러 추진과 그 성능에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 요구하는 속도 및 RPM을 만족하는 프로펠러를 경험적으로 선택하거나 BEM 이론을 이용한 공력해석으로 적절한 프로펠러를 찾아서 사용하고 있다. 본 연구에서는 프로펠러의 최적설계문제의 기초단계로서 ...
프로펠러는 왕복기관 혹은 터보프롭 기관으로부터 회전동력을 전달받아 항공기의 추진에 필요한 추력을 발생시킨다. 최근 중고도 무인기에 대한 관심이 높아지면서 프로펠러 추진과 그 성능에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 요구하는 속도 및 RPM을 만족하는 프로펠러를 경험적으로 선택하거나 BEM 이론을 이용한 공력해석으로 적절한 프로펠러를 찾아서 사용하고 있다. 본 연구에서는 프로펠러의 최적설계문제의 기초단계로서 3차원Navier-Stokes 방정식과 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 회전하는 프로펠러 유동을 해석하여 풍동실험결과와 비교 검증하였다. 이후 반응표면법(RSM, Response Surface Method)을 이용하여 프로펠러의 공력 형상 설계최적화를 수행하였다. 설계최적화 과정은 CATIA를 이용하여 프로펠러 모델링을 진행하였고, GAMBIT과 TGRID를 이용하여 프로펠러 유동장의 격자를 생성하였다. 이 후 반응표면법을 이용하여 설계최적화를 진행하였다. 재래식 프로펠러인 5868-9 형상을 기준으로 하여 높은 효율의 프로펠러 설계를 목표로 설계최적화를 정식화하였으며 고형비와 피치각, 전진비, 3가지 설계변수를 선정하여 최적설계를 진행하였다. 먼저 고형비과 피치각의 2가지를 설계변수로 선정하여 최적화를 수행하였으며, 그 결과를 NACA report No.642의 결과와 비교하여 타당성을 확인하였다. 이 후 전진비를 설계변수로 추가하여 설계최적화를 수행하였으며, 보다 폭 넓은 프로펠러의 구동영역 범위에서 최적성능을 갖는 형상을 찾아 낼 수 있었다. 본 연구에서 구축된 최적설계과정을 보다 다양한 형상 변수, 예를 들어 반경방향으로의 블레이드 단면형상변화, 비틀림각 변화 등에 적용한다면, 폭 넓은 설계영역에서 보다 더 성능을 향상시킬 수 있는 형상의 설계도 가능할 것으로 사료된다.
프로펠러는 왕복기관 혹은 터보프롭 기관으로부터 회전동력을 전달받아 항공기의 추진에 필요한 추력을 발생시킨다. 최근 중고도 무인기에 대한 관심이 높아지면서 프로펠러 추진과 그 성능에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으나 요구하는 속도 및 RPM을 만족하는 프로펠러를 경험적으로 선택하거나 BEM 이론을 이용한 공력해석으로 적절한 프로펠러를 찾아서 사용하고 있다. 본 연구에서는 프로펠러의 최적설계문제의 기초단계로서 3차원 Navier-Stokes 방정식과 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 회전하는 프로펠러 유동을 해석하여 풍동실험결과와 비교 검증하였다. 이후 반응표면법(RSM, Response Surface Method)을 이용하여 프로펠러의 공력 형상 설계최적화를 수행하였다. 설계최적화 과정은 CATIA를 이용하여 프로펠러 모델링을 진행하였고, GAMBIT과 TGRID를 이용하여 프로펠러 유동장의 격자를 생성하였다. 이 후 반응표면법을 이용하여 설계최적화를 진행하였다. 재래식 프로펠러인 5868-9 형상을 기준으로 하여 높은 효율의 프로펠러 설계를 목표로 설계최적화를 정식화하였으며 고형비와 피치각, 전진비, 3가지 설계변수를 선정하여 최적설계를 진행하였다. 먼저 고형비과 피치각의 2가지를 설계변수로 선정하여 최적화를 수행하였으며, 그 결과를 NACA report No.642의 결과와 비교하여 타당성을 확인하였다. 이 후 전진비를 설계변수로 추가하여 설계최적화를 수행하였으며, 보다 폭 넓은 프로펠러의 구동영역 범위에서 최적성능을 갖는 형상을 찾아 낼 수 있었다. 본 연구에서 구축된 최적설계과정을 보다 다양한 형상 변수, 예를 들어 반경방향으로의 블레이드 단면형상변화, 비틀림각 변화 등에 적용한다면, 폭 넓은 설계영역에서 보다 더 성능을 향상시킬 수 있는 형상의 설계도 가능할 것으로 사료된다.
Propellers get rotational power from reciprocating engine or turboprop engine and generate the thrust required for propulsion of an aircraft. Recently, due to the increased interest in mid/low-altitude unmanned aircrafts, research on performance estimating for propeller has been actively carried out...
Propellers get rotational power from reciprocating engine or turboprop engine and generate the thrust required for propulsion of an aircraft. Recently, due to the increased interest in mid/low-altitude unmanned aircrafts, research on performance estimating for propeller has been actively carried out again. However, the selection of the propeller fit for a newly designed vehicle are mostly based on the aerodynamic performance prediction using the BEM theory or just empirically on the criteria fit for the vehicle propulsion. In this study, as a basic stage of the optimal design, the steady-state analysis of rotational flow around a propeller was carried out based on the three-dimensional Navier-Stokes equations using the rotating coordinate system. The result was verified through comparing with the corresponding wind-tunnel test one from the NACA report No. 642. And then the design optimization of the aerodynamic shape of propellers were carried out using RSM(Response Surface Method). The current design optimization procedure consists of propeller shape design using the CATIA, mesh generation using GAMBIT and TGRID, CFD flow analysis using FLUENT and numerical optimization using RSM, respectively. A nominal design was selected as one of the conventional propellers, 5868-9. A design optimization problem was formulated to achieve highest propeller efficiency using three design variables; solidity, pitch angle, and advance ratio. First of all, numerical optimization was carried out using only two design variables, solidity and pitch angle, for the verification, which result was confirmed by comparing with the wind-tunnel test one of the NACA report No. 642. Next, the formulation included one more design variable, advance ratio, to find the optimum shape among wide operational range and shape variations. More diverse shape design variables could be included in the current design optimization procedure built in during this study to achieve better performance of a propeller, for example, shape changes of the blade section or changes of the twist angle along radial positions of blade and so on.
Propellers get rotational power from reciprocating engine or turboprop engine and generate the thrust required for propulsion of an aircraft. Recently, due to the increased interest in mid/low-altitude unmanned aircrafts, research on performance estimating for propeller has been actively carried out again. However, the selection of the propeller fit for a newly designed vehicle are mostly based on the aerodynamic performance prediction using the BEM theory or just empirically on the criteria fit for the vehicle propulsion. In this study, as a basic stage of the optimal design, the steady-state analysis of rotational flow around a propeller was carried out based on the three-dimensional Navier-Stokes equations using the rotating coordinate system. The result was verified through comparing with the corresponding wind-tunnel test one from the NACA report No. 642. And then the design optimization of the aerodynamic shape of propellers were carried out using RSM(Response Surface Method). The current design optimization procedure consists of propeller shape design using the CATIA, mesh generation using GAMBIT and TGRID, CFD flow analysis using FLUENT and numerical optimization using RSM, respectively. A nominal design was selected as one of the conventional propellers, 5868-9. A design optimization problem was formulated to achieve highest propeller efficiency using three design variables; solidity, pitch angle, and advance ratio. First of all, numerical optimization was carried out using only two design variables, solidity and pitch angle, for the verification, which result was confirmed by comparing with the wind-tunnel test one of the NACA report No. 642. Next, the formulation included one more design variable, advance ratio, to find the optimum shape among wide operational range and shape variations. More diverse shape design variables could be included in the current design optimization procedure built in during this study to achieve better performance of a propeller, for example, shape changes of the blade section or changes of the twist angle along radial positions of blade and so on.
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