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전역적 최적 설계 기법을 적용한 와류 발생 장치의 최적 설계
Design Optimization of Vortex Generator for Eliminating Junction Vortex on Wing-Body Configuration using Global Optimization Method

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor김종암-
dc.contributor.author김은사-
dc.date.accessioned2017-07-14T03:35:03Z-
dc.date.available2017-07-14T03:35:03Z-
dc.date.issued2014-08-
dc.identifier.other000000021125-
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10371/123781-
dc.description학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2014. 8. 김종암.-
dc.description.abstract본 논문에서는 날개-동체 구조의 항공기에서 발생하는 junction vortex를 제거하기 위하여, 유동 제어 장치 중 하나인 와류 발생 장치(vortex generator)를 최적 설계하는 연구를 수행하였다. 특히 날개 윗면에 설치하는 와류 발생 장치의 개수에 대한 영향을 살펴보고자 하였으며, 이를 위해 kriging model 및 GA를 이용한 전역적 최적 설계 기법(global optimization method)을 사용하여 와류 발생 장치의 설치 개수를 설계 변수로 고려하였다. 와류 발생 장치의 경우, 효율성을 위해 직접 격자화하지 않고 수학적 모델인 differential BAY model을 이용하여 유동 해석을 수행하였다. 목적 함수로는 항공기의 성능 지표 중 하나이고 junction vortex에 영향을 받는 양항비를 채택하였다.
이를 바탕으로 최적 설계를 수행하였고, junction vortex를 상당 부분 제거할 수 있었다. 양항비가 약 2% 증가하여 항공기의 성능 역시 향상하였다. 또한 와류 발생 장치를 통해 junction vortex를 제거하는 메커니즘 및 물리적 특성과 함께 설치 개수가 성능에 미치는 영향을 분석하였으며, 이를 통해 항공기 성능이 크게 향상될 수 있는 와류 발생 장치의 조건들을 찾아내었다.
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dc.description.abstractTo eliminate the junction vortex on DLR-F6 wing-body configuration, this paper conducted a design optimization of the vortex generator. Especially, the number of vortex generators installed on wing upper was considered as design variable in order to verify the effects of it. For this reason, the global optimization method with kriging model and GA was adopted. In flow analysis, we used the differentiable BAY model to replicate the real flow phenomena occurred by vortex generator.
Through the design optimization, the junction vortex was eliminated considerably and the ratio of lift to drag which is one of the indicators of aircraft performance increased over 2%. The effects of the number of vortex generator on performance and the mechanism how the vortex generator eliminates junction vortex were investigated. Through this analysis, VG conditions increasing aircraft performance were also found.
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dc.description.tableofcontents목 차
초 록 I
목 차 II
표 목차 IV
그림 목차 V
기호 및 약어 VII
1. 서 론 1
1.1 연구 배경 1
1.2 연구 목적 2
2. 지배방정식 및 수치기법 3
2.1 지배방정식 3
2.2 난류 모델 4
2.2.1 The original k-ω model 4
2.2.2 The transformed k-ε model 5
2.2.3 Menter’s k-ω Shear Stress Transport (SST) model 5
2.3 지배방정식의 변형 8
2.4 공간 차분법 11
2.4.1 Roe’s Flux Difference Splitting (FDS) scheme 11
2.4.2 RoeM Scheme 14
2.4.3 Compact scheme for viscous flux 15
2.4.4 고차 정확도 기법 16
2.5 시간 적분법 16
2.5.1 LU-SGS 기법 17
2.6 중첩 격자 기법 (Overset grid technique) 18
2.6.1 전처리 과정 (Pre-process) 18
2.6.2 유동 해석 (Flow analysis) 19
2.6.3 후처리 과정 (Post-process) 19
3. 최적 설계 기법 20
3.1 메타 모델링 21
3.2.1 실험계획법 (Design of Experiment, DOE) 21
3.2.2 Kriging model 22
3.2.3 Expected Improvement (EI) 23
3.2 유전 알고리즘 (Genetic Algorithm, GA) 24
4. 설계 대상 (Design Target) 25
4.1 DLR-F6 aircraft 25
4.1.1 Grid information 25
4.1.2 유동 해석 및 검증 26
4.1.3 Junction vortex 28
4.2 와류 발생 장치 (Vortex generator) 30
4.2.1 Bender-Anderson-Yagle (BAY) model 30
4.2.2 Differential BAY model 32
4.2.3 Differential BAY model 의 검증 33
5. 최적 설계 연구 36
5.1 설계 전략 36
5.2 Parametric study 및 설계 변수 선정 36
5.3 최적 설계 결과 39
5.3.1 메타 모델의 구성 39
5.3.2 최적 해 41
5.3.3 와류 발생 장치의 물리적 특성 42
5.3.4 개수에 따른 영향 43
6. 결론 45
6.1 요약 45
6.2 후속 연구 46
참고문헌 47
Abstract 49
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dc.formatapplication/pdf-
dc.format.extent3983796 bytes-
dc.format.mediumapplication/pdf-
dc.language.isoko-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subject전산유체역학-
dc.subject공력 최적 설계-
dc.subject메타 모델링-
dc.subject와류 발생 장치-
dc.subject정션 볼텍스-
dc.subject날개-동체 항공기-
dc.subjectComputational Fluid Dynamics (CFD)-
dc.subjectAerodynamic design optimization-
dc.subjectJunction vortex-
dc.subjectVortex generator-
dc.subjectMeta-modeling-
dc.subjectDLR-F6 wing-body configuration-
dc.subject.ddc621-
dc.title전역적 최적 설계 기법을 적용한 와류 발생 장치의 최적 설계-
dc.title.alternativeDesign Optimization of Vortex Generator for Eliminating Junction Vortex on Wing-Body Configuration using Global Optimization Method-
dc.typeThesis-
dc.contributor.AlternativeAuthorKim Eunsa-
dc.description.degreeMaster-
dc.citation.pagesVII,49-
dc.contributor.affiliation공과대학 기계항공공학부-
dc.date.awarded2014-08-
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