풍력 터빈 블레이드용 익형의 경우 운용 조건에서 높은 양항비를 가지도록 설계되나 풍속, 풍향의 변동에 의해 운용조건에 변화가 발생할 경우 성능의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 운용조건의 변동이 발생하더라도 공력 성능이 크게 변하지 않는 익형이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운용조건의 불확실성을 고려하여 풍력 터빈 블레이드용 익형의 신뢰성 기반 강건 최적 설계를 수행하였다. 익형 설계를 위해서 여러 익형 형상 변수들을 고려할 수 있는 익형 모델링 함수를 정의하였고 기저형상으로는 NREL에서 개발한 S809 익형을 사용하였다.
Optimized design was performed for a subsonic aircraft wing. The subsonic aircraft is dual turbo-prop and carrying less than 100 passengers. The cruise speed is Mach 0.6. The design was performed by two stages. The first stage is to decide the height of horizontal tail by analyzing the directional stability with Vorstab and then, the optimized wing configuration was selected with Piano, a optimizer commercially available. Fluent, a commercial CFD software was utilized to predict the aerodynamic performance of the aircraft. Drag of the aircraft was minimized with maintaining constant lift for cruise. The optimization reduced 10 counts from the initial wing configuration.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.2
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pp.10-14
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2015
To design airfoils for novel airplanes, new knowledge of aerodynamics is required. In this study, modified Parametric SECtion (PARSEC) which is a airfoil representation is applied to airfoil design using a multi-objective genetic algorithm to obtain an optimal airfoil for consideration in the development of a Martian airplane. In this study, an airfoil that can obtain a sufficient lift and glide ratio under lower thrust is considered. The objective functions are to maximize maximum lift-to-drag ratio and to maximize the trailing edge thickness. In this way, information on the low Reynolds number airfoil could be extracted efficiently. The optimization results suggest that the airfoil with a sharper thickness at the leading edge and higher camber at the trailing edge is more suitable for a Martian airplane. In addition, several solutions which has thicker trailing edge thickness were found.
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.
A solar concentrator is a reflective surface in the shape of a parabola that collects solar rays in a focal area. This concentrator follows the path of the sun during the day with the help of a tracking system. One of the most important issues in the design and construction of these reflectors is the force exerted by the wind. This force can sometimes disrupt the stability of the concentrator and overturn the entire system. One of the ways to estimate the force is to use the numerical solution of the air flow in three dimensions around the dish. Ansys Fluent simulation software has been used for modeling several angles of attack between 0 and 180 with respect to the horizon. From the comparison of the velocity vector lines on the dish at angles of 90 to - 90 degrees, it was found that the flow lines are more concentrated inside the dish and there is a tendency for the flow to escape around in the radial direction, which indicates the presence of more pressure distribution inside the dish. It was observed that the pressure on the concave surface was higher than the convex one. Then, the effect of adding a hole with various diameter of 200, 300, 400, 500, and 600 mm on the dish was investigated. By increasing the diameter up to the optimized size of 400 mm, a decrease in the maximum pressure value in the pressure distribution was shown inside the dish. This pressure drop decreased the drag coefficient. The effect of the hole on the dish was also investigated for the 30-degree angled dish, and it was found that the results of the 90-degree case should be considered as the basis of the design.
This work presents fuel-optimal altitude maintenance of Low-Earth-Orbit (LEO) spacecrafts experiencing non-negligible air drag and J2 perturbation. A pseudospectral (direct) method is first applied to roughly estimate an optimal fuel consumption strategy, which is employed as an initial guess to precisely determine itself. Based on the physical specifications of KOrea Multi-Purpose SATellite-2 (KOMPSAT-2), a Korean artificial satellite, numerical simulations show that a satellite ascends with full thrust at the early stage of the maneuver period and then descends with null thrust. While the thrust profile is presumably bang-off, it is difficult to precisely determine the switching time by using a pseudospectral method only. This is expected, since the optimal switching epoch does not coincide with one of the collocation points prescribed by the pseudospectral method, in general. As an attempt to precisely determine the switching time and the associated optimal thrust history, a shooting (indirect) method is then employed with the initial guess being obtained through the pseudospectral method. This hybrid process allows the determination of the optimal fuel consumption for LEO spacecrafts and their thrust profiles efficiently and precisely.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.4
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pp.18-27
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2002
Aerodynamic shape optimization of two-dimensional airfoils in inviscid compressible flows is performed using a continuous adjoint formulation on unstructured meshes. Accurate evaluation of the gradient is achieved by using a reconstruction scheme based on the Laplacian averaging. A least-square method with extended stencil is used for flow gradient calculations. Proper convergence criterion is studied on Euler and adjoint equations for efficient design. The present method has been applied to RAE2822 and NACA0012 airfoils such that wave drag can be minimized by removing the shock wave. An inverse design is also performed to recover the shock wave on the designed RAE2822 airfoil.
In this study, the multidisciplinary aerodynamic-structural optimal design is carried out for the supersonic fighter wing. Through the aeroelastic analyses of the various candidate wings, the aerodynamic and structural performances are calculated such as the lift coefficient, the drag coefficient and the deformation of the wing. In general, the supersonic fighter is maneuvered under the various flight conditions and those conditions must be considered all together during the design process. The multi-point design, therefore, is deemed essential. For this purpose, supersonic dash, long cruise range and high angle of attack maneuver are selected as representative design points. Based on the calculated performances of the candidate wings, the response surfaces for the objectives and constraints are generated and the supersonic fighter wing is designed for better aerodynamic performances and less weights than the baseline. At each design point, the single-point design is performed to obtain better performances. Finally, the multi-point design is performed to improve the aerodynamic and structural performances for all design points. The optimization results of the multi-point design are compared with those of the single-point designs and analyzed in detail.
To develop the efficient numerical optimization method for the design of an airfoil, an evaluation of various methods coupled with two-dimensional Naviev-Stokes analysis is presented. Simplex method and Hook-Jeeves method we used as direct search methods, and steepest descent method, conjugate gradient method and DFP method are used as indirect search methods and are tested to determine the search direction. To determine the moving distance, the golden section method and cubic interpolation method are tested. The finite volume method is used to discretize two-dimensional Navier-Stokes equations, and SIMPLEC algorithm is used for a velocity-pressure correction method. For the optimal design of two-dimensional airfoil, maximum thickness, maximum ordinate of camber line and chordwise position of maximum ordinate are chosen as design variables, and the ratio of drag coefficient to lift coefficient is selected as an objective function. From the results, it is found that conjugate gradient method and cubic interpolation method are the most efficient for the determination of search direction and the moving distance, respectively.
This paper presents a theoretical method to deal with the aerodynamic performance and pitch optimization of the horizontal axis wind turbine blades at low wind speeds. By considering a blade element, the functional relationship among the angle of attack, pitch angle, rotational speed of the blade, and wind speed is derived in consideration of a quasi-steady aerodynamic model, and aerodynamic loads on the blade element are then obtained. The torque and torque coefficient of the blade are derived by using integration. A polynomial approximation is applied to functions of the lift and drag coefficients for the symmetric and asymmetric airfoils respectively, where specific expressions of aerodynamic loads as functions of the angle of attack (which is a function of pitch angle) are obtained. The pitch optimization problem is investigated by considering the maximum value problem of the instantaneous torque of a blade as a function of pitch angle. Dynamic pitch laws for HAWT blades with either symmetric or asymmetric airfoils are derived. Influences of parameters including inflow ratio, rotational speed, azimuth, and wind speed on torque coefficient and optimal pith angle are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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