다단 설계 프레임워크를 이용한 프로펠러 공력 형상 최적 설계 = Propeller Aerodynamic Design Optimization using Multi-stage Design Framework
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학술지명
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발행연도
2012
작성언어
Korean
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자료형태
학술저널
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수록면
1961-1971(11쪽)
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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 기반으로 로터의 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. 플랜폼이 설계된 후 단면의 지역 유동 조건을 계산하여 단면 최적 설계를 수행하였다. 보다 면밀히 유동 특성을 분석할 수 있도록 2차원 N-S 해석자와 민감도 기반의 최적화 알고리즘을 통해 최적해를 탐색하였다. 단면의 형상이 설계된 후에는 최적의 유동 조건을 산출할 수 있도록 플랜폼 설계를 반복적으로 수행하였다. 최종 형상은 3차원 N-S 해석을 통해 검증하여 그 유효성을 판단한다. 이러한 방법론에 기반한 다단 최적 설계 프레임워크를 전기추진체용 프로펠러 설계에 적용하여 약 8%의 효율 증가를 얻었다.
더보기In this study, we present that multi-stage design framework for aerodynamic design optimization of rotary wing such as propeller and helicopter rotor blades. Strategy of the proposed framework is to enhance aerodynamic performance using both planform and sectional design optimization iteratively. In first stage of planform design, we used genetic algorithm and blade element momentum theory(BEMT) based on two dimensional aerodynamic database to find optimal planform variables in short time. After initial design, local flow conditions of blade sections are calculated. Next stage, sectional design optimization is conducted using two dimensional Navier-Stokes’ analysis and gradient based optimization algorithm. When optimal shapes are determined, planform design is performed again. Through the iterative design process, not only optimal flow condition but also optimal shape could be acquired. To validate the framework, design optimization for propeller which operated in electric aerial vehicle system were performed. As a results, about 8% of efficiency enhancement has acquired.
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