Design Optimization of Passive Control Devices for Dynamic Stall Control

In order to improve dynamic stall characteristics of an oscillating airfoil, optimal design has been performed for fixed nose droop and Gurney flap. Fixed nose droop is known to be very effective to improve pitching moment characteristics but may cause degeneration of aerodynamic lift at the same time. On the other hand, Gurney flap has the opposite characteristics. For fixed nose droop, location and angle are chosen as design variables, while length is defined as design variable for Gurney flap. Higher order response surface methodology and sensitivity based optimal design method are employed to handle highly nonlinear problem such as dynamic stall. Optimal design has been performed so that lift and pitching moment are simultaneously improved. The design results show that aerodynamic characteristics can be remarkably improved through present design approach and the present passive control method is as good as active control method which combines variable nose droop and Gurney flap.

동적실속 수동제어장치 최적설계

본 연구에서는 진동 운동하는 익형의 동적실속 특성을 향상시키기 위하여, 고정 앞전 Droop과 Gurney 플랩의 크기와 위치에 대한 최적설계를 수행하였다. 고정 앞전 Droop이 모멘트 특성의 개선에 효율적이나 양력특성의 저하를 유발 할 수 있다. 반면에 Gurney 플랩은 양력특성의 향상을 가져오지만, 모멘트특성을 악화시키는 특성이 있다. 고정앞전 Droop의 설계변수는 상호 보완적인 특성을 갖는 위치와 각도를 설정하였으며, Gurney 플랩은 그 길이를 설계변수로 설정하였다. 또한, 동적실속과 같이 비선형성이 강한 문제의 설계를 위해서 고차 다항식의 반응면 기법과 민감도 기반의 최적설계 기법을 사용하였다. 최적화는 양력과 모멘트 특성이 동시에 개선되도록 수행 하였다. 설계 결과 동적실속의 양력, 모멘트 및 항력특성의 향상을 가져올 수 있었으며, 가변 앞전 Droop과 Gurney 플랩을 결합한 능동제어장치에 버금가는 동적실속 제어 효과를 갖을 수 있음을 확인하였다.