• 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.

• 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.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권7호
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• pp.581-593
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• 2017

멀티콥터형 무인기용 고효율 프로펠러 개발을 위하여 공기역학 및 구조역학적 성능을 고려하여 설계 해석 시험을 수행하였다. 고효율 프로펠러 설계를 위해 익형 형상 결정은 최적설계기법을 적용하였으며, 프로펠러의 3차원 플랜폼은 유도동력을 최소화하기 위해 설계되었다. 도출된 형상은 구조설계 및 해석을 통하여 비행적합성을 판단하였으며, 해석적으로 설계된 형상에 대한 성능을 확인하기 위해 회전시험을 수행하였다. 본 논문에서는 이와 같은 설계 해석 시험 방법을 이용하여 절차적 프로펠러 설계방법론을 제시하고 있다.