아음속 확산형 S-duct 내부 유동제어를 위한 Vortex Generator 최적설계

Abstract

아음속 확산형 S-duct 의 유동 왜곡 및 전압력 손실을 최소화시키기 위하여, S-duct 내부에 설치된 vortex generator 의 형상에 대한 최적설계를 수행하였다. 특히, 유동 질 향상 효과를 극대화 하기 위하여 여러개의 vortex generator 를 각각의 주변 유동 현상에 따라 독립적으로 고려하였다. 수학적인 vortex generator 소스 모델을 적용하여 수치해석 시간을 감소시켰으며, 설계 파라미터로는 각 vortex generator 의 길이, 높이, 유동흐름과의 각도를 사용하였다. 총 11 개 vortex generator 에 대하여 33 개 설계 변수를 적용하였으며, 상대적으로 많은 설계변수를 다루기 위해서 adjoint 기반의 민감도 해석 기법을 적용한 기울기 기반 설계 기법(Gradient Based Optimization Method)을 사용하였다. 본 연구를 통하여 설계된 vortex generator 는 설계전 S-duct 의 전압력 손실량을 유지한 채로 유동 왜곡을 70% 이상 감소시켰다.

To minimize the flow distortion and the total pressure loss of subsonic diffusing S-duct, vortex generators installed in an S-duct are optimized. Especially, the influence of each vortex generator is independently considered by reflecting the local flow pattern to maximize the flow quality enhancement. To overcome the shortcomings of heavy computational costs in CFD analysis and design, a mathematical vortex generator source term model was employed. A total of 33 design variables for 11 vortex generators are treated with design parameters of chord length, height, and angle of incidence of each vortex generator. For a large number of design variables, the present design used the gradient based optimization method based on adjoint-based sensitivity analysis. Through this design, the distortion coefficient was decreased over 72% while maintaining the total pressure recovery ratio from the baseline of design.