정상 및 비정상 유동하의 에어포일 강건설계 연구 = A Study for Robust Optimum Airfoil under Steady and Unsteady Flow
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2014
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Korean
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학술저널
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129-143(15쪽)
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본 연구에서는 크리깅 근사 모델 기반의 강건 설계 프레임워크를 개발하였다. 근사 모델을 이용하여 함수의 응답뿐 만 아니라 강건성 지수까지 모델링하므로, 강건성의 정량화에 필요한 자원 및 시간을 획기적으로 절감할 수 있다. 또한 크리깅 근사모델의 정확성을 높이기 위해, 경향성 지시자인 R<SUP>2</SUP> Indicator를 새로 개발하여 전역 크리깅 근사 모델을 구현하였고, 수치적인 안정화를 위하여 내부의 추정법을 다양화하였다. 개발된 프레임워크는 먼저 수학적 함수들에 대해 적용되어 그 성능이 검증되었다. 공학적 설계 문제에 적용하기 위해 CFD 를 이용한, 정상 및 비정상 유동 하의 항공기 에어포일 강건 설계를 수행하였다. 특히 비정상 유동 하의 에어포일 강건 설계를 위해 최신의 주파수 영역 해석 기법인 조화균형법을 도입 및 적용하였으며 엄밀한 검증 과정을 통해 최적 형상의 공력 성능과 강건성을 검증하였다.
더보기Engineering design optimization finds the optimum considering deterministic environment, operational condition, and design variables. In this way, the uncertainties which may arise during the production and operation are not considered. Now various researches for robust design optimization, which quantify these uncertainties in the design process, are actively conducted. However, the robust design is hard to be utilized in general fields of engineering due to its computational burden of the numerical uncertainty quantification (UQ). In this study, we construct the robust design framework with Kriging surrogate model. Thanks to the surrogate model, the computational expenses for the UQ can be remarkably reduced. In addition, high-fidelity flow simulations such as KFLOW and Harmonic Balance Method (HBM) are tightly integrated to the framework. HBM, which is state-of-the-art CFD technique, can especially help to conduct numerical design optimization for aircraft or wing even with unsteady flow simulation. For the validation of the framework, we perform robust design optimization for some analytical test functions. We then apply the design framework to steady and unsteady design transonic airfoil with two types of aleatory uncertainties; in operation and production. Subsequently, a post optimality study is strictly carried out for the optimum candidates.
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