다단 최적설계 기법을 적용한 3차원 항공기의 공력형상 설계

Abstract

효율적이고 정확한 설계기법을 이용하여 wing-body 형상설계를 수행하였다. 설계공간의 크기와 설계변수의 개수에 따라 각각의 설계 기법들을 적용하여 공력 형상 최적설계를 수행하였다. 첫 단계로, 수개의 설계변수로 표현 및 변형이 가능한 wing planform의 경우 유전자기법과 Kriging-EI 기법을 기반으로 한 전역최적설계기법을 적용하였다. 두 번째 단계로, wing 표면형상과 같이 많은 설계 변수를 사용하여 충분한 설계 공간을 확보하여 높은 형상 변화의 자유도를 확보가 필요한 경우, 차분 매개변수법을 이용한 국소최적설계기법을 사용하여 최적화를 수행하였다. 제안된 최적설계기법을 이용하여 항공기의 항력을 감소를 위한 형상 최적설계를 수행하였다. 그리고 설계 전 후의 항력 값들을 drag decomposition 기법을 적용하여 다양한 항력 요소들로 분리하여 제안된 설계 기법의 효용성을 분석해 보았다.

An efficient and high-fidelity design approach for wing-body configuration is presented. Depending on the nature of the design space and the number of design variables, aerodynamic shape optimization is carried out at each design stage via a selective optimization strategy. In the first stage, global optimization techniques are applied to planform design with a few geometric design variables using Genetic Algorithm based on Kriging-EI method. In the second stage, local optimization technique based on discrete adjoint method is employed for wing surface design with numerous design variables which can maintain a sufficient design space with a high DOF (Degree of Freedom) geometric change. By the use of the proposed optimization method, drag minimization is performed in inviscid and viscous flow conditions and the performance of the multi-stage design strategy are compared with the single stage design approach using the drag decomposition method.