DOI QR코드

DOI QR Code

Multidisciplinary UAV Design Optimization Implementing Multi-Fidelity Analysis Techniques

다정밀도 해석기법을 이용한 무인항공기 다분야통합 최적설계

  • 이재우 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ;
  • 최석민 (LIG 넥스원) ;
  • 누엔 반 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ;
  • 김지민 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과) ;
  • 변영환 (건국대학교 항공우주정보시스템공학과)
  • Received : 2012.02.29
  • Accepted : 2012.07.26
  • Published : 2012.08.01

Abstract

In this study, Multi-fidelity analysis is performed to improve the accuracy of analysis result during conceptual design stage. Multidisciplinary Design Optimization(MDO) method is also considered to satisfy the total system requirements. Low-fidelity analysis codes which are based on empirical equations are developed and validated for analyzing the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) which have unconventional configurations. Analysis codes consist of initial sizing, aerodynamics, propulsion, mission, weight, performance, and stability modules. Design synthesis program which is composed of those modules is developed. To improve the accuracy of the design method for UAV, Vortex Lattice Method is used for the strategy of MFA. Multi-Disciplinary Feasible(MDF) method is used for MDO technique. To demonstrate the validity of presented method, the optimization results of both methods are compared. According to those results, the presented method is demonstrated to be applicable to improve the accuracy of the analyses during conceptual design stage.

본 연구에서는 개념설계 단계에서의 해석 결과의 정확도를 높이기 위한 다정밀도 해석과 모든 분야의 요구도를 만족하기 위한 다분야통합 설계 최적화 기법을 적용하였다. 무인항공기의 해석을 위하여 경험식 기반의 저정밀도 해석도구들이 초기 사이징, 공력, 추진, 임무, 중량, 성능, 안정성 도구들로 모듈화되어 개발 및 검증되었다. 개발된 해석도구를 이용하여 설계통합 프로그램을 구성하고, 설계의 정확도를 증가시키기 위하여 다정밀도 해석에 와류 격자법을 이용하였다. 다분야통합 설계 최적화를 위하여 MDF 기법이 적용되었다. 또한 최적화 도구로는 구배기반 최적화 기법을 적용하였다. 제시한 방법의 타당성을 밝히기 위하여, 저정밀도 해석만을 적용한 방법과 다정밀도 해석을 적용한 두 가지 방법의 최적화 결과를 비교하여 본 연구에서 제안된 다정밀도 해석이 개념설계 단계에서 적용 가능함을 보였다.

Keywords

References

  1. Daniel P. Raymer, "Aircraft Design: A Conceptual Approach", 4th ed., AIAA, 2006.
  2. Hague, D., "GASP- General Aviation Synthesis Program", Theoretical Development, Vol 1. Main Program, Pt. 1, NASA Ames Research Center, Jan. 1978.
  3. Ryu Tae Gyu, Jung In Jae, "A study on Synthesis Program Development for Aircraft Conceptual Design", KSAS conference, April. 1996, pp. 301-305.
  4. Nhu Van, Nguyen, "An Efficient Multi-fidelity Approach for the Multi-Disciplinary Aerospace System Design and Optimization", Doctor thesis, Konkuk Univ., Aug.2011.
  5. 김중욱, 황창전, 구삼옥, 염찬홍, 최동환,"무인항공기 기술 및 시장동향 조사", 한국 항공우주학회 학술발표회 논문집, 1999년 11월.
  6. http://en.wikipedia.org/wiki/Unmanned_aerial_vehicle.
  7. Schmit, L. A., Jr., and Farshi, B., "Some Approximation Concepts for Structural Synthesis", AIAA Journal, Vol. 12, No. 5, 1974, pp. 692-699. https://doi.org/10.2514/3.49321
  8. 이재우, 정갑주, 황호연, "유도무기 다학제간 최적설계 기법연구 최종 보고서", 국방과학연구소 장기기초 연구, 2005년 12월.
  9. 양영순, 정현승, "다분야통합 설계 최적화 (MDO) 문제의 정식화 기법에 대한 고찰 Part 2: MDO 정식화 기법의 종류와 특성", 대한 조선학회지, Vol 37. Issue 4, 2000.
  10. Jan Roskam, "Airplane Design: Preliminary Sizing of Airplanes", Roskam Aviation and Engineering Corporation, 1985.
  11. Denis Howe, "Aircraft Conceptual Design Synthesis", Professional Engineering Publissing Ltd., London and Bury St Edmunds, UK.
  12. 박형욱, "강건성을 고려한 항공우주 시스템 설계 최적화 프로세스 연구", 석사학위논문, 2006.
  13. 조국현, "항공안전 인증요건을 고려한 소형제트항공기 형상최적설계에 관한 연구", 석사학위논문, 2009.
  14. Schemensky,R., Howell, R., "Aerodynamic Accounting Techniques," Lockheed, 1978.
  15. Kim Sang-Jin, Jeon Kwon-Su, Lee Jae-Woo, "A Study on the Total Drag Estimation for the Aircraft Conceptual Design", Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, 1999, pp. 70-8.
  16. Steven A. Brandt, "Aerodynamic 3.0", AIAA Education Series, AIAA, NewYork, 2004
  17. Frederick O. Smetana, "Flight Vehicle Performance and Aerodynamic Control", AIAA Education Series, AIAA, NewYork, 2001
  18. William H. Mason, "Chapter6 : Aerodynamics of 3D Lifting Surfaces through Vortex Lattice Methods", Lecture Note
  19. http://en.wikipedia.org/wiki/MQ-1_Predator
  20. http://www.fas.org/irp/doddir/usaf/conops_uav/part03.htm
  21. "ModelCenter User Guide and Programmers Reference, Version 3.1", Phoenix Intergration, Inc., 2001.
  22. Mark Kolo, "Predator UAV", AVSIM Commercial Aircraft Review, 2009

Cited by

  1. The Development of Performance Analysis Code for Conceptual Design of Jet Fighters vol.41, pp.5, 2013, https://doi.org/10.5139/JKSAS.2013.41.5.404
  2. Conceptual Design of Fighter-class Aircraft Using Integrated Commercial Tools vol.17, pp.2, 2014, https://doi.org/10.9766/KIMST.2014.17.2.189