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세단형 차량 공력저감 장치들의 형상 매개변수 연구
Parametric Study of Aerodynamic Drag Reduction Devices for Sedan Type Vehicle

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Authors
김태경
Advisor
김규홍
Major
공과대학 기계항공공학부
Issue Date
2013-08
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
전산해석공력저항공력저감공력저감장치언더커버하부 핀하부 디플렉터능동형 사이드 에어 댐능동형 리어 디퓨져능동형 에어 플랩CFDAerodynamic DragAerodynamic Drag ReductionAerodynamic Drag Reduction DeviceUndercoverUnder FinUnder DeflectorActive Side Air DamActive Rear DiffuserActive Air Flap
Description
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2013. 8. 김규홍.
Abstract
the shape of rear diffuser was improved, reflecting the results. Furthermore, operating modes of active air flap, the aerodynamic drag reduction device of front vehicle, were evaluated. Based on this, complex interaction and performance improvement of overall aerodynamic drag reduction devices was evaluated in accordance with the shape parametric studies of undercover, under fin, side air dam, under deflector, rear diffuser, and active air flap
the result showed that the aerodynamic performance was improved by approximately 13.1% in comparison with the base shape.
This study performed development and shape parametric study using computational fluid dynamics of aerodynamic drag reduction devices installed in the front and rear and under vehicle for aerodynamic drag reduction of sedan type vehicles. CFD analysis considered that the three-dimensional compressible Navier-Stokes Equation and a shape grid of 11 million to 15 million cell based mesh. For the basic shape, sedans that were generally in sale were chosen, and the analysis of aerodynamic effect included under body and internal engine room, using CFD. An undercover include facility of flow control was developed and then three different shapes of the installed undercover were examined to figure out altered aerodynamic effect from the basic shape in compliance with minimum ground clearance, and then undercover shape having the greatest aerodynamic effect was chosen. Based on this, under fin, as one of the other aerodynamic drag reduction devices, was first developed and examined by height, thickness, installed site, and shape in compliance with minimum ground clearance to figure out the aerodynamic effect. In shape parametric study of car undercover, the result of aerodynamic performance was increased by approximately 4.1% in comparison with the basic shape
in shape parametric study of car undercover and under fin, the result of aerodynamic performance showed improvement by approximately 5.88% in comparison with the basic shape. Then, side air dam, aerodynamic drag reduction device of under and side vehicle, was first developed and installed to be examined the aerodynamic effect by height and shape in compliance with minimum ground clearance, legal height limit. In shape parametric study of car undercover, under fin, and side air dam, the result of aerodynamic performance was increased by approximately 7.03% in comparison with the basic shape. Also, sensitivity test of aerodynamic effect that the aerodynamic drag reduction devices of under and side vehicle was performed. Based on the result, effect of different combinations between aerodynamic drag reduction devices of under and side vehicle on wake and upwash was evaluated in specific conditions. Based on the result of wake, the basic length of rear diffuser was estimated, and the shape parametric study was performed, lengthening and shortening the basic length. On the basis of improved full-undercover, the rear diffuser was evaluated by different lengths
and the verification was performed and the periodicity was found in comparison with former researches. Through the verification, factors of the rear diffuser effect reducing were found
본 논문에서는 세단 형 차량의 주행저항을 저감을 위하여 차량하부와 전후방에 부착되는 공력저감 장치들을 개발하였고, 3차원 압축성 Navier-Stokes Equation과 약 1,100∼1,500만개의 형상격자를 가지고 전산해석을 통한 형상 매개변수 연구를 수행하였다. 현재 시중에 판매중인 세단 형 차량을 기본 형상으로 선택하였고, 복잡한 차량하부 및 엔진룸 내부까지를 포함하여 전산해석으로 공력특성을 분석하였다. 유동제어가 가능한 형상의 언더커버를 개발하고 법적 한계 높이인 최저지상고를 넘지 않는 범위 내에서 세 가지 다른 형상으로 장착하여 전산해석을 수행하였고, 이를 기본 형상과 비교하여 달라진 공력특성을 알아보았으며 공력성능이 뛰어난 언더커버 형상을 선택하였다. 이를 바탕으로 또 다른 공력저감장치인 차량 하부 핀을 처음으로 개발하였고 최저지상고 범위 내의 높이별, 두께별, 설치 위치 및 형상별로 장착하여 해석을 하였고 공력특성을 파악하였다. 차량 언더커버의 형상 매개변수 연구를 통하여 기본형상 대비 약 4.1%의 공력성능 향상 결과를 얻었으며, 차량 언더커버와 하부 핀의 형상 매개변수 연구를 통하여서는 기본형상 대비 약 5.88%의 공력성능 향상 결과를 도출하였다. 여기에 차량 하부 및 측면 공력저감 장치인 사이드 에어 댐을 최초로 개발하였고 법적 한계 높이인 최저지상고를 넘지 않는 범위 내에서 높이별, 형상별로 장착하여 해석을 하였고 공력특성을 파악하였다. 차량 언더커버, 하부 핀 그리고 사이드 에어 댐의 형상 매개변수 연구를 통하여 기본형상 대비 약 7.03%의 공력성능 향상 결과를 도출하였다. 또한 차량 하부와 측면의 공력저감장치들의 민감도 평가를 하였다. 평가결과를 바탕으로 선정된 조건의 차량 하부와 측면의 공력저감장치들 조합을 통하여 이들의 조합이 후류에 미치는 영향과 upwash의 평가를 하였다. 이러한 차량 후류 평가들을 바탕으로 하여 리어디퓨져의 기본 길이를 산정하였고, 기본 길이를 늘이고 줄여가면서 형상 매개변수 연구를 수행하였다. 개선된 전체-언더커버를 기준으로 리어디퓨져의 길이별로 해석을 수행하였고 이를 기존 연구와 비교하여 검증 및 주기성을 찾아내었다. 이러한 검증을 통하여 리어디퓨져의 효과를 감소시키는 요소들을 찾아내었고, 이를 반영하여 리어디퓨져의 형상을 개선하였다. 차량 전방의 공력저감 장치인 능동형 에어 플랩 작동 모드 별 해석을 진행하였다. 이를 바탕으로 개선된 부분-언더커버, 하부 핀, 사이드 에어 댐, 하부 디플렉터, 리어디퓨져, 능동형 에어 플랩의 형상 매개변수 연구를 통하여 전체 공력저감 장치들의 복합적인 상호작용과 성능향상에 미치는 요소들을 확인하였고, 기본형상 대비 약 13.1%의 공력성능 향상 결과를 도출하였다.
Language
Korean
URI
https://hdl.handle.net/10371/118345
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Appears in Collections:
College of Engineering/Engineering Practice School (공과대학/대학원)Dept. of Mechanical Aerospace Engineering (기계항공공학부)Theses (Ph.D. / Sc.D._기계항공공학부)
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