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

DC Field Value Language
dc.contributor.advisor김규홍-
dc.contributor.author김태경-
dc.date.accessioned2017-07-13T06:11:50Z-
dc.date.available2017-07-13T06:11:50Z-
dc.date.issued2013-08-
dc.identifier.other000000013884-
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/10371/118345-
dc.description학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2013. 8. 김규홍.-
dc.description.abstractthe 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-
dc.description.abstractthe result showed that the aerodynamic performance was improved by approximately 13.1% in comparison with the base shape.-
dc.description.abstractThis 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-
dc.description.abstractin 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-
dc.description.abstractand 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-
dc.description.abstract본 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.-
dc.description.tableofcontents국문초록 ............................................................................................................... Ⅰ
Table of Contents .............................................................................................. Ⅲ
Nomenclature ....................................................................................................... Ⅵ
List of Tables ..................................................................................................... Ⅷ
List of Figures .................................................................................................. Ⅹ
Chapter 1. 서론 .................................................................................................. 1
1.1 연구목표 ....................................................................................................... 1
1.2 연구배경 ....................................................................................................... 1
1.3 연구동향 ....................................................................................................... 3
1.3.1 차량 주행저항 영향 인자 분석 및 저공력 차량형상 최적 설계 .. 3
1.3.2 엔진룸 냉각항력, 차량 전방 유동제어 및 공력저감장치 ......... 4
1.3.3 차량 하부와 측면부 유동제어 및 공력저감장치 ........................ 6
1.3.4 차량 후방 유동제어 및 공력저감장치 ........................................... 8
1.3.5 차량 주행저항 저감을 위한 융합 연구 ......................................... 9
1.3.6 본 연구의 범위 .................................................................................. 10
Chapter 2. 지배 방정식 및 모델링 기법 ................................................... 12
2.1 지배 방정식 ............................................................................................... 12
2.2 난류모델 ..................................................................................................... 13
2.3 수치기법 ..................................................................................................... 14
2.3.1 공간차분법 .......................................................................................... 15
2.3.1.1 Osher's FDS를 기초로 한 풍상차분법 ............................... 15
2.3.1.2 고차의 공간정확도(MUSCL) .................................................. 19
2.3.2 시간적분법 .......................................................................................... 20
2.3.2.1 시간차분법 (Dual-Time Stepping) ...................................... 22
2.4 형상 모델링 ............................................................................................... 23
2.4.1 3차원 외부 형상 모델링 .................................................................. 24
2.4.2 3차원 엔진룸 내부 모델링 ............................................................. 25
2.5 해석 기법 ................................................................................................... 29
2.5.1 격자 구성 ............................................................................................ 29
2.5.2 경계 조건 ............................................................................................ 29
Chapter 3. 차량 하부 공력저감장치 ......................................................... 31
3.1 실제 차량 하부 형상 고려한 주행저항 .............................................. 31
3.1.1 해석조건 선정 및 검증 ................................................................... 31
3.1.2 실제 차량 하부 형상 ....................................................................... 31
3.2 Full-Undercover 형상 설계 및 이에 따른 주행저항 ..................... 35
3.2.1 중앙부 배기구를 제외한 언더커버 ............................................... 36
3.2.2 중앙부 배기구를 포함하는 ㄷ자형 Full-Undercover .............. 37
3.2.3 중앙부 배기구를 포함하는 Taper, ㄷ자형 Full-Undercover.. 39
3.2.4 Full-Undercover 선정 ..................................................................... 40
3.3 하부 핀 형상 설계 및 이에 따른 주행저항 ...................................... 46
3.3.1 하부 핀 형상 ...................................................................................... 47
3.3.2 하부 핀 높이 및 두께 ..................................................................... 50
3.3.3 하부 핀 위치 ...................................................................................... 54
3.3.4 하부 핀 선정 ...................................................................................... 54
3.4 전체-언더커버와 하부 핀 결론 ............................................................ 60
Chapter 4. 차량 측면 공력저감장치 ....................................................... 62
4.1 Side Air Dam의 성능 및 효과 ................................................................. 62
4.1.1 중앙부 ㄷ자형 Full-Undercover ................................................... 62
4.1.2 중앙부 ㄷ자형 Full-Undercover와 Side Air Dam .................. 66
4.1.3 Side Air Dam 성능 및 효과 ......................................................... 70
4.2 Side Air Dam의 형상 설계 및 이에 따른 주행저항 ..................... 76
4.2.1 사이드 에어 댐 높이 ....................................................................... 76
4.2.2 사이드 에어 댐 형상 ....................................................................... 82
4.3 사이드 에어 댐 결론 ............................................................................... 92
Chapter 5. 차량 후방 유동제어 및 공력저감장치 .............................. 94
5.1 차량 후방 공력저감장치 추가를 위한 선행 평가 ......................... 94
5.2 차량 후방 Upwash 평가를 통한 리어디퓨져 기본 길이 산정 .... 94
5.3 리어디퓨져 길이별 형상매개변수 연구 ............................................ 98
5.3.1 Rear Diffuser 원리 ......................................................................... 98
5.3.2 유동해석 결과 ................................................................................... 99
5.3.3 기존연구와 비교 및 검증 ............................................................. 119
5.3.4 리어디퓨져의 효과를 반감시키는 요소들 ................................ 120
5.4 개선된 리어디퓨져 길이별 형상매개변수 연구 ............................. 122
5.4.1 개선된 리어디퓨져 ......................................................................... 123
5.4.2 개선된 리어디퓨져 길이별 유동해석 결과 .............................. 124
5.5 리어디퓨져 결론....................................................................................... 155
Chapter 6. 차량 전방 유동제어 및 공력저감장치 ............................. 157
6.1 Active Air Flap (AAF) 원리 ........................................................... 157
6.2 능동형 에어 플랩의 작동 모드에 따른 공력특성 변화 ............... 160
6.2.1 해석 케이스들의 형상 ................................................................... 160
6.2.2 유동해석 결과 .................................................................................. 163
6.2.3 AAF 작동 모드에 따른 공력특성 변화(요소별 주행저항) .. 175
6.3 유동해석 결과 및 기존연구와 비교 .................................................. 194
6.4 능동형 에어 플랩 결론 ....................................................................... 195
Chapter 7. 결론 및 고찰 ............................................................................. 197
7.1 결론 ........................................................................................................... 197
7.2 Future Work ........................................................................................... 198
References ........................................................................................................ 200
Appendix A ..................................................................................................... 212
Abstract ............................................................................................................. 218
-
dc.formatapplication/pdf-
dc.format.extent7358919 bytes-
dc.format.mediumapplication/pdf-
dc.language.isoko-
dc.publisher서울대학교 대학원-
dc.subject전산해석-
dc.subject공력저항-
dc.subject공력저감-
dc.subject공력저감장치-
dc.subject언더커버-
dc.subject하부 핀-
dc.subject하부 디플렉터-
dc.subject능동형 사이드 에어 댐-
dc.subject능동형 리어 디퓨져-
dc.subject능동형 에어 플랩-
dc.subjectCFD-
dc.subjectAerodynamic Drag-
dc.subjectAerodynamic Drag Reduction-
dc.subjectAerodynamic Drag Reduction Device-
dc.subjectUndercover-
dc.subjectUnder Fin-
dc.subjectUnder Deflector-
dc.subjectActive Side Air Dam-
dc.subjectActive Rear Diffuser-
dc.subjectActive Air Flap-
dc.subject.ddc621-
dc.title세단형 차량 공력저감 장치들의 형상 매개변수 연구-
dc.title.alternativeParametric Study of Aerodynamic Drag Reduction Devices for Sedan Type Vehicle-
dc.typeThesis-
dc.description.degreeDoctor-
dc.citation.pages1, 199-
dc.contributor.affiliation공과대학 기계항공공학부-
dc.date.awarded2013-08-
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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