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Euler and Navier-Stokes flow analyses for helicopter rotor in hover were performed as low and high fidelity analysis models respectively for the future multidisciplinary design optimization(MDO). These design-oriented analyses possess several attributes such as variable complexity, sensitivity-compu...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나 실제로 로터 블레이드에 대한 Euler 해석은 그리 간단한 해석이 아니며 상당한 계산 자원을 필요로 한다. 본 연구에서는 Euler 해석이 단순모델로서의 역할을 할 수 있도록 하기 위하여 정렬 격자의 사용은 물론이고 해석 결과의 의미가 상실되지 않을 정도까지 가능한 격자의 개수를 감소시키는 등 계산 시간을 감소시키는데 주력하였다.
  • 구성하여 통합 수행하게 된다. 본 연구에서는 이러한 경우에 로터 블레이드의 설계를 위한 공력해석을 특정 지역에 국한하지 않고 어디에서나 쉽게 사용할 수 있는 PC 수준에서 실행이 가능하도록 함으로써 MD0의 가용성을 높이도록 하였다.
  • 본 연구에서는 향후 로터 블레이드의 MD0를 위한 공력설계를 목표로 하여 단순 모델로서 비점성 Euler 해석과 상세모델로서 점성 Navier-Stokes 해석의 두 수준의 복잡성을 가지고 블레이드 주위의 유 동장을 해석하였다.
  • 본 연구에서도 이와 같은 상수 scale factor를 사용할 경우에 대해서 단순 모델과 상세모델 간의 상호보정 가능성을 검토하였다

가설 설정

  • 그러므로 끊임없이 형상이 변하고 있는 설계 최적화 문제와 연계하여 이 기법이 지속적으로 의미 있는 해를 산출하려면 상당히 많은 상호보정에 대한 경험을 필요로 하고, 바로 이점이 자동화된 설계최적화정에방해가 되는 것이다. Euler 해석은 이러한 압축성 현상과 와류 흐름을 해의 일환으로 자동적으로 해석할 수 있는 기법 중에서는 가장 간단한 기법이므로 본 연구에서 단순 모델로 선정하였다.
  • 거리, R은 로터반경을 각각 나타낸다. 그리고 로터의 후류가 지나가는 출구의 넓이는 로터 회전면적의 1/2로 가정하며 배출속도는 다음과 같다.
  • 9에서는 단순 모델과 상세모델 해석에 의해 구한 민감도를 서로 비교하였다. 앞에서와 마찬가지로 비틀림각을 설계변수로 가정하였다. 각 모델에 대해서 추력 계수 민감도와 토크 계수 민감도의 변화 경향은 비슷하지만, 비틀림각이 작아질 경우에는 민감도 값 차이가 크다.
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참고문헌 (16)

  1. Storaasli, O.O. and Sobieszczanski-Sobieski, J., "Design Oriented Structural Analysis," AIAA/ASME/SAE 14th Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Williamsburg, VA, Mar. 20-23, 1973, AlAA Paper 73-338 

  2. Burgee, S., Giunta, A.A., Grossman, B., Haftka, R.T., and Watson, L.T., "A Coarse Grained Variable- Complexity Approach to MDO for HSCT Design," Proceedings of the Seventh SIAM Conference on Parallel Processing for Scientific Computing, Editors: Bailey, D.H., Bjorstad, P.E., Gilbert, J.R., Masagni, M.V., Schreiber, R.S., Simon, H.D., Torczon, V.J., and Watson, L.T., SIAM, Philadelphia, PA, 1995, p. 96-101 

  3. Agarwal, R.K. and Deese, J.E., "Euler Calculations for Flowfield of a Helicopter Rotor in Hover," Journal of Aircraft, Vol.24, No.4, 1987, p. 231-238 

  4. 강희정, 권오준, "비정렬 적응격자를 이용한 로터 정지비행 공력해석," 한국항공우주학회지, 제28권 제8호, 2000, p. 1-7 

  5. Arieli, R. and Tauber, M.E., "Computation of Subsonic and Transonic Flow about Lifting Rotor Blades," AIAA Paper 79-1667, 1979 

  6. Strawn, R.C. and Caradonna, F.X., "Numerical Modeling of Rotor Flows with a Conservative Form of the Full-Potential Equation," AIAA Paper 86-0079, 1986 

  7. Egolf, T.A and Sparks, S.P., "A Full Potential Flow Analysis with Realistic Wake Influence for Helicopter Rotor Airload Prediction," NACA CR4007, Jan. 1987 

  8. Srinivasan, G.R, Raghavan, V., Baeder, J.D., Obayashi, S. and McCroskey, W.J., "Flowfield of a Lifting Rotor in Hover: A Navier-Stokes Simulation," AIAA Journal, Vol.30, No.10, Oct. 1992, p. 2371-2378 

  9. 신성룡, 이수갑, "3차원 압축성 Navier-Stokes 방정식을 이용한 헬리콥터 로터의 제자리비행 성능해석," 한국항공우주학회지, 제26권 제6호, 1998. 10, p. 13-22 

  10. 강희정, 권오준, "로터 정지비행 점성유동 해석을 위한 비정렬 격자기법," 한국항공우주학회지, 제29권, 제8호, 2001. 12, p. 37-44 

  11. Srinivasan, G.R, Raghavan, V. and Duque, E.P.N., "Flowfield Analysis of Modem Helicopter Rotors in Hover by Navier-Stokes Method," Proceedings of the American Helicopter Society-Royal Aeronautical Society International Technical Specialists Meeting on Rotorcraft Acoustics and Rotor Fluid Dynamics, Philadelphia, PA, Oct. 1991 

  12. "FLUENT User's Guide," FLUENT Inc., 1998 

  13. 조창열, 이상경, "3차원 날개 공력설계를 위한 네트워크 분산 설계최적화," 한국항공우주학회지, 제32권, 제 10호, p. 12-19, 2004 

  14. Caradonna, F.X. and Tung, C., "Experimental and Analytical Studies of a Model Helicopter Rotor in Hover," NASA Technical Memorandum 81232, National Aeronautics and Space Administration, 1981 

  15. 이상욱, 권오준, "비정렬 격자계에서 연속 Adjoint 방법을 이용한 헬리콥터 로터 블레이드의 제자리 비행 공력형상 최적설계," 한국항공우주학회지, 제33권, 제1호, 2005. 1, p. 1-10 

  16. Joh, C.-Y., Grossman, B. and Haftka, R.T., "Design Optimization of Transonic Airfoils," Engineering Optimization, Vol.21, No.1, 1993, p. 1-20 

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