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NACA0015 익형의 압력항력 감소를 위한 인공신경망 기반의 피드백 유동 제어
Feedback Flow Control Using Artificial Neural Network for Pressure Drag Reduction on the NACA0015 Airfoil 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.49 no.9, 2021년, pp.729 - 738  

백지혜 (Department of Aerospace Information Engineering, Konkuk University) ,  박수형 (Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Konkuk University)

초록
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본 연구에서는 실속 받음각 근처에 발생하는 익형 위의 유동박리를 억제하기 위하여 인공신경망 기반의 피드백 유동제어를 NACA0015 익형에 수치적으로 적용하였다. 익형 위 박리영역 크기의 축소화라는 제어 목표를 달성하기 위해 익형의 박리 지점 근처에 인위적 외란(Blowing & Suction) 제어 신호를 적용하였다. 유동의 운동을 나타내는 시스템 모델링 단계에서 압력데이터에 적합직교분해(Proper Orthogonal Decomposition)를 적용하여 유동제어에 필요한 운동 모드를 추출하고 유동의 특성을 분석하였다. 분해된 모드를 기반으로 NARX(Nonlinear AutoRegressive Exogenous) 구조의 인공 신경망을 학습하여 유동의 운동을 나타내도록 하였으며, 최종적으로 피드백 제어루프에 작동시켰다. 예측된 제어신호를 CFD 해석에 적용하였으며 제어 유/무에 따른 공력특성을 분석하고 익형 주변의 고유 공간모드의 변화를 비교하여 제어 효과를 분석하였다. 본 연구에서 진행된 피드백 제어는 약 29%의 압력항력 감소효과를 보여주었으며, 이는 익형 뒷전의 큰 압력회복으로 인해 나타나는 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Feedback flow control using an artificial neural network was numerically investigated for NACA0015 Airfoil to suppress flow separation on an airfoil. In order to achieve goal of flow control which is aimed to reduce the size of separation on the airfoil, Blowing&Suction actuator was implemented near...

주제어

#적합직교분해   #능동 유동 제어   #인공신경망   #외부 입력을 갖는 비선형 자기회귀 모형  

참고문헌 (15)

  1. Dandois, J., Garnier, E. and Sagaut, P., "Numerical Simulation of Active Separation Control by a Synthetic Jet," Journal of Fluid Mechanics, Vol. 574, 2007, pp. 25~58. 

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  2. Seifert, A., Darabi, A. and Wyganski, I., "Delay of Airfoil Stall by Periodic Excitation," Journal of Aircraft, Vol. 33, No. 4, 1996, pp. 691~698. 

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  3. Huang, L., Huang, P. G. and LeBeau, R. P., "Numerical Study of Blowing and Suction Control Mechanism on NACA0012 Airfoil," Journal of Aircraft, Vol. 41, No. 5, 2004, pp. 1005~1013. 

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  4. Suzen, Y. B., Huang, P. G. and Jacob, J. D., "Numerical Simulations of Plasma Based Flow Control Applications," 35th AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 2005, AIAA Paper 2005-4633. 

  5. Siegel, S., Cohen, K. and McLaughlin, T., "Feed-back Control of a Circular Cylinder Wake in Experiment and Simulation (invited)," 33rd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit, 2003, AIAA paper 2003-3569. 

  6. Seidel, J., Siegel, S., Cohen, K. and McLaughlin, T., "POD based Separation Control on the NACA0015 Airfoil," 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 2005, AIAA Paper 2005-0297. 

  7. Pinier, J. T., Ausseur, J. M., Glauser, M. N. and Higuchi, H., "Proportional Closed-Loop Feedback Control of Flow Separation," AIAA Journal, Vol. 45, No. 1, 2007, pp. 181~190. 

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  8. Seidel, J., Siegel, S. and McLaughlin, T., "Reduced Order Modeling for Feedback Flow Control of a Shear Layer," AIAA 5th Flow Control Conference, 2010, AIAA Paper 2010-4968. 

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  10. Lee, C. Y., Park, S. H. and Lee, I., "Delayed-Detached Eddy Simulation for Optical Path Control on Backward-Facing Step Flow," 7th International Conference on Computational Fluid Dynamics, 2012, ICCFD-2701. 

  11. Holmes, P., Lumley, J. L. and Berkooz, G., Turbulence, Coherent Structures, Dynamical Systems and Symmetry, Cambridge University Press, 1996. 

  12. Sirovich, L., "Turbulence and Dynamics of Coherent Structures, Part 1 : Coherent Structures," Quarterly of Applied Mathematics, Vol. 45, No. 3, 1987, pp. 561~571. 

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  13. Sa, J. H., Kim, K., Cho, K. W. and Park, S. H., "Numerical Simulation Study on Transitional Flow over the KARI-11-180 Airfoil Using γ-Re θ Transitional Model," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 45, No. 3, 2017, pp. 202~2011. 

    원문보기 상세보기 crossref

  14. Jeon, S. E., Park, S. H., Kim, S., Byun, Y. H., Jung, K. J. and Kang, I., "Low-Speed Aerodynamic Characteristic of Transition Flow Over the NACA 0012," Journal of Computational Fluids Engineering, Vol. 15, No. 3, 2010, pp. 1~8. 

  15. Schlichting, H. and Gersten, K., Boundary-Layer Theory, 9th ED., Vol. 1, Springer, Berlin, Heidelberg, 2016, pp. 295~310. 

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