초록 ▼

한정된 시간과 자원으로 효율적인 항공기 개념/기본설계를 수행하기 위해서는 여러 분야를 고려한 통합 최적설계 기법 및 최적설계 프레임워크가 필요하다. 다분야 최적설계(MDO) 프레임워크를 구성하는 공력 컴포넌트는 다양한 요구를 만족시키기 위해 다중 충실도의 공력해석 기법이 활용 가능해야 한다. 본 연구에서는 다분야 최적설계 프레임워크를 구성하는 공력 컴포넌트와 이를 구성하는 하위 모듈인 여러 충실도의 공력해석 모듈들과 결과 후처리 모듈을 개발하고자 한다.
공력 컴포넌트의 요구도를 정의하였다. 컴포넌트의 기본 기능 및 내부 각 해

한정된 시간과 자원으로 효율적인 항공기 개념/기본설계를 수행하기 위해서는 여러 분야를 고려한 통합 최적설계 기법 및 최적설계 프레임워크가 필요하다. 다분야 최적설계(MDO) 프레임워크를 구성하는 공력 컴포넌트는 다양한 요구를 만족시키기 위해 다중 충실도의 공력해석 기법이 활용 가능해야 한다. 본 연구에서는 다분야 최적설계 프레임워크를 구성하는 공력 컴포넌트와 이를 구성하는 하위 모듈인 여러 충실도의 공력해석 모듈들과 결과 후처리 모듈을 개발하고자 한다.
공력 컴포넌트의 요구도를 정의하였다. 컴포넌트의 기본 기능 및 내부 각 해석 모듈들의 요구도를 정의하고 N²차트 작성을 통해 컴포넌트의 입출력을 식별하고 정의하였다. 프레임워크를 효율적으로 구성하기 위한 방안으로 입출력 파라미터들을 CPACS 데이터 형식을 사용하여 통일하였다. 공력 컴포넌트의 내부 워크플로우를 MDAx를 사용하여 설계, 작성하였다. 공력 컴포넌트의 하위 모듈인 저/중충실도 해석 모듈을 개발하기 위해 각 모듈에 적용될 해석자들을 검증하였다. 사각날개, 플랩을 가진 사각날개 그리고 한국항공우주연구원의 자율 비행 개인용 항공기(OPPAV)를 저충실도 해석자인 AVL과 중충실도 해석자인 비정렬 SDM 패널 기법으로 해석하고 RANS에 기반한 CFD 결과와 비교하였다. 결과의 정확도 비교로부터 AVL과 비정렬 SDM은 초기 설계 단계에서의 신속 공력해석 툴에 요구되는 정확도를 제공하여 MDO 프레임워크에 적용할 저/중충실도 해석자로 적합하다고 판단하였다. MDO 프레임워크에 저충실도 해석 모듈을 삽입하기 위해 해석 자동화 프로세스를 우선 개발하였다. SDM 패널 기법 기반 해석자를 비정렬 격자계에 대응 가능하도록 확장하고, BEMT, ADT 기법을 개선함으로써 중충실도 해석자 개발을 진행하고 있다. 또한 ADM 기법에 기반한 RANS 해석 코드를 이용하여 QTP 프로펠러를 해석하고, 슬라이딩 메시 기반의 CFD 결과와의 비교를 통해 ADM 기법의 후류 예측 정확도를 평가하여 고충실도 해석자로 사용할 예정인 코드에 대한 검증을 수행하였다.

(출처 : 요약문 3p)

Abstract ▼

An efficient air craftconceptual/preliminary design within limited time and resources requires an integrated optimal design methodology and optimal design framework that take into account all disciplines. The aerodynamic-component constituting the multidisciplinary design optimization(MDO) framework

An efficient air craftconceptual/preliminary design within limited time and resources requires an integrated optimal design methodology and optimal design framework that take into account all disciplines. The aerodynamic-component constituting the multidisciplinary design optimization(MDO) framework must be capable of utilizing multi-fidelity aerodynamic analysis methods to meet various requirements. In this research, the aerodynamic-component constituting the MDO framework, and its sub-modules which are multi-fidelity analysis modules, and a post-processing module are being developed.
The requirements for the development of the aerodynamic-component are defined.The basic function of the component and requirements for each internal analysis module are established, and input/output are identified and defined through building the N2 chart. To configure the framework efficiently, input/output parameters are unified using the CPACS data model. In addition, the internal workflow of the aerodynamic component is designed and created using MDAx. To develop low/mid-fidelity analysis modules, which are submodules of the aerodynamic-component, their solvers are tested and validated. A rectangular wing, a rectangular wing with a flap, and the optional piloted personal aerial vehicle of Korea Aerospace Research Institute(KARI) are analyzed by using the AVL, a low-fidelity panel solver,and an unstructured source-doublet method(SDM), a mid-fidelity solver. The results are compared with the CFD results based on RANS. Based on the comparison of the accuracy of the results, AVL and the unstructured SDM code are confirmed to provide the satisfactory accuracy required for the rapid aerodynamic analysis tool at the initial design stage and be suitable as a low/mid-fidelity solver applied to the MDO framework. An automation process is developed to insert a low-fidelity analysis module into the MDO framework. In order to validate the code to be used as a high-fidelity solver, the propeller of quad-tilt-propeller aircraft of KARI is analyzed using the RANS code in conjunction with the actuator disk method(ADM), and the prediction accuracy of the ADM is evaluated by comparing the results with those from the CFD with sliding mesh technique.

(source : Summary 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 4
• CONTENTS ... 5
• 목차 ... 6
• 제 1 장 서론 ... 7
• 제 1 절 연구 배경 및 목표 ... 7
• 제 2절 연구 내용 및 추진일정 ... 8
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 11
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 17
• 제 1 절 공력 컴포넌트 요구도 정의 ... 17
• 제 2 절 공력 컴포넌트 하위 모듈 개발 ... 29
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 79
• 제 1 절 연구개발 달성도 ... 79
• 제 2 절 연구 대외 기여도 ... 81
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 82
• 제 1 절 기대효과 ... 82
• 제 2 절 활용계획 ... 82
• 제 6 장 참고문헌 ... 83
• 끝페이지 ... 84