• 한국전산유체공학회지
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• 제14권1호
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• pp.53-61
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• 2009

The objective of this research is to design blade planform to reduce high speed impulsive(HSI) noise from a non-lifting helicopter rotor using CFD method and optimization techniques. As for the aero-acoustic analysis, CFD technique for aerodynamic analysis and Kirchhoff's method for the acoustic analysis were used. As for the optimization method, Kriging-based genetic algorithm(GA) model as a high-fidelity optimization method was chosen. Design variables and constraints are determined for arbitrary blade planform. The result shows that the optimized blade planform with high swept-back and taper ratio can reduce HSI noise by suppressing generation of the strong shock wave on blade surface and propagation of the noise to the farfield flow region.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권3호
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• pp.173-184
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• 2013

본 연구에서는 프로펠러나 헬리콥터 로터와 같은 회전체의 공력 최적 설계를 위한 다단 최적 설계 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 플랜폼 설계와 단면의 형상 설계를 반복적으로 수행하는 설계 전략을 통해 회전체의 공력 성능 향상을 목표로 한다. 플랜폼 설계의 단계에서는 유전 알고리즘과 2차원 CFD 데이터베이스 기반의 깃 요소 모멘텀 이론을 이용하여 빠른 시간에 회전체의 공력 특성을 평가하여 최적점을 탐색하였다. 플랜폼 설계 후 단면에 유입되는 유동 조건을 예측하여 단면 형상 최적 설계를 수행하였다. 설계 과정에서 보다 면밀하게 유동 특성이 분석될 수 있도록 2차원 N-S 해석자와 민감도 기반의 최적화 알고리즘을 통해 최적해를 탐색하였다. 단면 형상이 설계된 후에는 최적의 유동 조건을 산출할 수 있도록 플랜폼 설계를 반복적으로 수행하였다. 본 프레임워크를 1kW급 전기추진용 항공기 프로펠러 설계에 적용하여 그 유효성을 3차원 N-S 해석과 풍동 실험을 통해 검증하였다. 설계 후, 풍동 실험 결과를 기준으로 약 5%의 프로펠러 효율 증가를 얻을 수 있었다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2009년 춘계학술대회논문집
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• pp.57-65
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• 2009

An efficient and high-fidelity design approach for wing-body shape optimization is presented. Depending on the size of design space and the number of design of variable, aerodynamic shape optimization process is carried out via different optimization strategies at each design stage. In the first stage, global optimization techniques are applied to planform design with a few geometric design variables. In the second stage, local optimization techniques are used for wing surface design with a lot of design variables to maintain a sufficient design space with a high DOF (Degree of Freedom) geometric change. For global optimization, Kriging method in conjunction with Genetic Algorithm (GA) is used. Asearching algorithm of EI (Expected Improvement) points is introduced to enhance the quality of global optimization for the wing-planform design. For local optimization, a discrete adjoint method is adopted. By the successive combination of global and local optimization techniques, drag minimization is performed for a multi-body aircraft configuration while maintaining the baseline lift and the wing weight at the same time. Through the design process, performances of the test models are remarkably improved in comparison with the single stage design approach. The performance of the proposed design framework including wing planform design variables can be efficiently evaluated by the drag decomposition method, which can examine the improvement of various drag components, such as induced drag, wave drag, viscous drag and profile drag.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제8권4호
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• pp.18-23
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• 2014

In preliminary design phase, the wing geometry of the civil aircraft was determined using the empirical equation and historical data. To make wing geometry more aerodynamically efficient, an aerodynamic shape optimization was conducted. For this purpose the parametric modeling, high fidelity CFD analysis and metamodel-based optimal design technique were adopted. The parametric modeling got the design process to achieve the improvement by generating the configuration outputs easily for the major design variables. The optimal design equations were formularized as the type of the multi-objective functions considering low/high speed and lift/drag coefficient. The optimal solution was explored with the help of the kriging metamodel and the desirability function, therefore the optimal wing planform was sought to be excellent at both low and high speed region. Additionally the optimal wing planform was validated that it was excellent not only at the specific AOA, but also all over the range of AOA.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권11호
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• pp.1060-1066
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• 2010

본 논문은 헬리콥터 로터 블레이드 플랜폼 설계를 위해 개발된 공력 최적설계 기법의 응용에 대한 내용이다. 블레이드 스팬 방향에 따른 익형의 배치, 비틀림 및 시위 등의 최적 분포를 결정하여 호버링 figure of merit과 고속 전진비행 시 등가 양항비를 최대화하는 설계문제를 정식화 하였다. 다양한 설계문제에 대해 최적설계 기법의 특성을 파악하였으며, 본 연구의 설계기법과 성능예측에 사용된 모델링 특성과 관련된 장점과 제한점에 대해 검토하였다. 보다 정확한 최적형상의 설계를 위해 요구되는 모델링 개선방향에 대한 검토와 향후 연구분야를 정의하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권11호
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• pp.1049-1059
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• 2010

본 연구는 헬리콥터 블레이드 플랜폼의 공력최적 설계를 다루었다. 블레이드 3차원 공력형상 설계단계에서 결정해야하는 주요 설계 요소를 정의하고 B$\acute{e}$zier 곡선 등을 이용하여 매개변수화 하였다. 매개변수화와 설계 구속조건은 경험적 요소와 노하우를 반영하여 산업체나 연구소 등에서 사용하고 있는 설계기법을 활용하여 정의하였다. 호버링 FM과 전진비행 등가 양항비를 최적설계 문제의 목적함수로 반영하였다. 유도된 비선형 최적화 문제는 SQP기법으로 풀이하였으며 응용연구를 통해 본 연구의 기법으로 블레이드의 익형배치, 비틀림 및 시위분포 등 중요한 플랜폼 형상을 효과적으로 설계할 수 있음을 보였다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.1-9
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• 2016

본 연구는 공대공 미사일 조종날개의 공력 및 구조를 동시에 고려한 구동력 최소화에 대한 최적화를 수행하였다. 본 연구에서는 조종날개의 공력 및 구조적 특성을 동시에 고려하기 위하여 공력-구조 연계 시뮬레이션을 사용하였으며 공력 및 구조 시뮬레이션에 각각의 전용 소프트웨어를 사용하고자 비정상-약결합 방식 연계기법을 적용하였다. 전역 최적화에는 많은 반복 계산이 필요하므로 빠른 계산을 위하여 수학적 모델링을 이용하였으며 이를 위하여 면 중앙 합성 실험계획법으로 실험점을 선정하였다. 선정된 실험점 및 그에 대한 공력-구조 연계 시뮬레이션 결과를 토대로 2차 다항식 반응면을 생성하였으며 생성된 수학적 모델링을 이용, 유전자 알고리즘 기반 전역최적 설계를 수행하였다. 최적화 목적함수는 마하 0.7 및 마하 2.0 사이의 압력 중심점 이동거리 최소화로 설정하였으며 최적화 결과 압력 중심점 이동거리가 7.5% 감소된 최적형상을 도출하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제19권3호
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• pp.29-36
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• 2014

In the present study, an aerodynamic design optimization of UAV rotor blades was conducted using a genetic algorithm(GA) coupled with computational fluid dynamics(CFD). To reduce computational cost in making databases, a function approximation was applied using artificial neural networks(ANN) based on a radial basis function network. Three dimensional Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) solver was used to solve the flow around UAV rotor blades. Design directions were specified to maximize thrust coefficient maintaining torque coefficient and minimize torque coefficient maintaining thrust coefficient. Design variables such as twist angle, thickness and chord length were adopted to perform a planform optimization. As a result of an optimization regarding to maximizing thrust coefficient, thrust coefficient was increased about 4.5% than base configuration. In case of an optimization minimizing torque coefficient, torque coefficient was decreased about 7.4% comparing with base configuration.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권4호
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• pp.36-43
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• 2017

쿼드틸트 무인기에 적용되는 프롭로터 블레이드 형상 최적설계를 수행하였다. 형상 최적설계 프로세스 통합은 ModelCenter(R) 프로그램을 이용하였으며, 최적설계 과정에서 성능해석은 CAMRAD-II를 사용하였다. 목적함수는 제자리비행 및 전진비행 모드에서 성능효율 최대화로 설정하였으며, 제한조건은 소요 동력 및 피치로드 하중 값이 기본 형상 값보다 작게 되도록 설정하였다. 설계변수로는 블레이드 루트 코드길이, 테이퍼비, 비틀림 각의 기울기 및 각도, 하반각, 끝단 형상 생성을 위한 파라볼릭 계수, 하반각과 끝단형상이 적용되는 블레이드 스팬위치, 블레이드 단면을 구성하는 익형의 위치로 구성하였다. 최적 설계 결과 기준 형상 대비 제자리비행 효율은 1.6%, 전진 비행 효율은 13.6% 향상된 프롭로터 블레이드 형상을 도출할 수 있었으며, 피치로드 하중은 약 30% 감소하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제15권3호
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• pp.219-231
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• 2014

We develop a preliminary design optimization procedure in this paper regarding the wing planform in a solar-powered high-altitude long-endurance unmanned aerial vehicle. A high-aspect-ratio wing has been widely adopted in this type of a vehicle, due to both the high lift-to-drag ratio and lightweight design. In the preliminary design, its characteristics need to be addressed correctly, and analyzed in an appropriate manner. In this paper, we use the three-dimensional Euler equation to analyze the wing aerodynamics. We also use an advanced structural modeling approach based on a geometrically exact one-dimensional beam analysis. Regarding the structural integrity of the wing, we determine detailed configuration parameters, specifically the taper ratio and the span length. Next, we conduct a multi-objective optimization scheme based on the response surface method, using the present baseline configuration. We consider the structural integrity as one of the constraints. We reduce the wing weight by approximately 25.3 % from that in the baseline configuration, and also decrease the power required approximately 3.4 %. We confirm that the optimized wing has sufficient flutter margin and improved static longitudinal/directional stability characteristics, as compared to those of the baseline configuration.