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Papers : Transonic Wing Planform Design Using Multidisciplinary Optimization

논문 : 다분야 통합 최적설계 기법을 이용한 날개 기본 형상 설계


Abstract

Aircraft design requires the intergration of several disciplines, inculding aerodynamics, structures, controls. To achieves advances in performance, each technology, or discipline must be more accurate in analysis and must be more highly intergrated. One of the important interdisciplinary interactions in mordern aircraft design is that of aerodynamics and structures. In this study, for increasing accuracy in each discipline's analysis, CFD for aerodynamic analysis and FEM for structurral analysis was used and, for considering important interdisciplinary interactions, aeroelastic effect was considered. As optimization algorithm, PBIL algorithm was used for global optima and was parallelized to alleviate the computational burden. The efficiency and accuracy of the present method was assesed by range maximiziation of reference of reference wing.

항공기의 설계는 공력, 구조, 조정성등 여러 가지 단위 기술들을 모두 고려하여야 하며, 성능의 향상을 위해서는 각각의 단위 기술들이 보다 정확해야하며, 단위 기술들의 상호작용이 고려되어야 한다. 본 연구에서는 이런 단위 기술 중 항공기 성능에 가장 중요한 영향을 주는 공력과 구조를 전산유체역학(CFD)기법과 유한요소법(FEM)을 사용하여 보다 정확히 해석하고자 하였으며, 설계의 안전성을 위해 공력과 구조의 상호작용인 공탄성 효과를 고려하였다. 최적화 알고리즘으로는 전역최적해를 구하기 위해 유전 알고리즘의 일종인 PBIL 알고리즘을 사용하였으며, PBIL 알고리즘 자체를 병렬화하여 과도한 계산 시간을 줄이고자 하였다. 현재의 설계방법의 정확성과 효율성을 검증하기 위해 주어진 항공기 날개에 대하여 설계를 수행하였다.

Keywords

References

  1. Sean Wakayama, and Ilan Kroo, "Subsonic Wing Planform Design Using Multidisciplinary Optimization", Journal of Aircraft, Vol.32, No.4, July-August 1995
  2. 윤성환, “날개 기본 형상의 다분야간 최적화 설계에 관한 연구”, 석사 학위 논문, 서울대학교, 1998
  3. 성춘호, “Adjoint 방법을 이용한 효율적인 공력 최적 설계”, 박사 학위 논문, 한국과학기술원, 2000
  4. P.L. Roe, "Approximate Riemann Solver, Parameter Vectors and Difference Schemes", Journal of Computational Physics, 43(2), 1981, pp. 327-356 https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90126-1
  5. H.C. Yee, "Implicit Total Variation Diminishing(TVD) Scheme for Steady State Calculation", Journal of Computational Physics, 57, 1985, pp. 327-360 https://doi.org/10.1016/0021-9991(85)90183-4
  6. T. Pulliam, D. Chaussee, "A diagonal form of an implicit approximate -factorization algorithm", Journal of Computational Physics, Vol.39, pp.347-363, 1981 https://doi.org/10.1016/0021-9991(81)90156-X
  7. 박수형, 성춘호, 권장혁, “2차 upwind TVD 기법을 이용한 효율적인 다중격자 DADI기법”, 한국항공우주학회지, 제26권, 제7호, 1998
  8. Manoj K. Bhardwaj, "A CFD/CSD Interaction Methodology For Aircraft Wings", Ph.D. Dissertation, Virginia Polytecnic, Oct.1997
  9. 김동현, 이기수, 이인, 권오준, “복합재료 날개의 천음속/초음속 하중 재분포 해석”, 한국항공우주학회지, 제28권, 제4호, 2000, pp.48-57
  10. 최창근, “유한 요소 개론”, 집문당, 1989
  11. D.J.Allman, "A Compatible Triangular Element Including Vertex Rotations for Plane Elasticity Analysis", Computers And Structures,Vol.19, No.1-2,pp.1-8,1984 https://doi.org/10.1016/0045-7949(84)90197-4
  12. Daniel P. Raymer, "Aircraft Design : A Conceptual Approach" American Institute of Aeronautics and Astronautics, Inc., Washington, DC, 1992
  13. Harder, R.L., Desmarais, R. N., "Interpolation Using Surface Splines", Journal of Aircraft, Vol.9, No.2, Feb. 1972, pp.189-191. https://doi.org/10.2514/3.44330
  14. Shumeet Baluja., "Population-Based Incremental Learning : A Method for Integrating Genetic Search Based Function Optimization and Competitive Learning" Carnegie Mellon University. Technical Report. CMU-C5-94-163,1994
  15. B.Grossman, R. T. Haftka, P. J. Kao, "Integrated Aerodynamic-Structural Design of a Transport Wing", Journal of Aircraft, Vol.27, No.12, 1989
  16. 중형항공기 개발 사업 1차년도 보고서, 한국 중형 항공기 조합, 1995