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.
천음속 날개꼴의 수치최적화 설계에 있어서, 하나의 흐름조건에 의해 설계된 날개꼴의 공력특성은 다른 흐름조건에서 나쁜 특성을 나타낼 수 있다. 따라서, 실용적인 날개꼴의 설계를 위해서 multi-point 수치최적화 설계능력은 필수적인 요소이다. 본 논문에서는 Navier-Stokes 방정식 흐름해석 코드와 feasible direction 최적화 알고리즘을 이용하여 two-point 수치최적화 설계를 수행하였으며, 가중치가 수치최적화 설계에 주는 영향을 분석하고 비교하였다. 그 결과로서 two-point수치최적화 설계된 날개꼴이 두 흐름조건의 주변영역에서 동시에 요구 공력특성을 만족시키며, 가중치가 큰 방향으로 최적화 설계됨을 확인하였다.
Total pressure losses required to calculate the total-to-total efficiency are estimated by integrating empirical loss coefficients of four loss mechanisms along the mean-line of blades as follows; blade profile loss, secondary flow loss, end wall loss and tip clearance loss. The off-design points are obtained on the basis of Howell's off-design performance of a compressor cascade. Also, inlet-outlet air angles and camber angle are obtained from semi-empirical relations of transonic airfoils' minimum loss incidence and deviation angles. And nominal point is replaced by the design point. It is concluded that relatively simple loss models and Howell's off-design data permit us to calculate the off-design performance with satisfactory accuracy. And this method can be easily extended for off-design performance prediction of multi-stage compressors.
For the efficient reliability analysis, Bi-direction two-point approximation(BTPA) method is developed which solves shortcomings of conventional two-point approximation(TPA) methods that generate an approximate surface with low accuracy or sometimes do an unstable approximate surface. The conventional reliability based design optimization(RBDO) methods require high computational cost compared with the deterministic design optimization(DO) methods. To overcome the computational inefficiency of RBDO, the approximate reliability analysis approaches on the TPA surface are proposed. Using these FORM and SORM analysis strategies, multi-point aerodynamic-structure interacted shape design optimizations with uncertainty are performed very efficiently.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.240-242
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2003
A method for performing two-dimensional lift-constraint drag minimization in inviscid compressible flows on unstructured meshes is developed. Sensitivities of objective function with respect to the design variables are efficiently obtained by using a continuous adjoint method. In addition, parallel algorithm is used in multi-point design optimization to enhance the computational efficiency. The characteristics of single-point and multi-point optimization are examined, and the comparison of these two method is presented.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제18권3호
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pp.403-413
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2017
Dual-point aerodynamic design optimization is conducted for DLR-F6 wing-body-nacelle-pylon configuration adopting an efficient surface mesh movement method for complex junction geometries. A three-dimensional unstructured Euler solver and its discrete adjoint code are utilized for flow and sensitivity analysis, respectively. Considered design conditions are a low-lift condition and a cruise condition in a transonic regime. Design objective is to minimize drag and reduce shock strength at both flow conditions. Shape deformation is made by variation of the section shapes of inboard wing and pylon, nacelle vertical location and nacelle pitch angle. Hicks-Henne shape functions are employed for deformation of the section shapes of wing and pylon. By the design optimization, drag coefficients were remarkably reduced at both design conditions retaining specified lift coefficient and satisfying other constraints. Two-point design results show mixed features of the one-point design results at low-lift condition and cruise conditions.
This paper presents guideline for a practical design of the hybrid system combining a pressurized solid oxide fuel cell and a gas turbine. Design of the hybrid system based on a virtually designed gas turbine was simulated using models for off-design operation of the gas turbine. Two system configurations, with different method for supplying reforming steam, are considered and their design characteristics are compared. A higher design cell temperature provides better system performance. However, there exists a maximum allowable design cell temperature because the operating point of the compressor approaches the surge point with increasing fuel cell temperature. Increased pressure loss at the fuel cell moves the compressor operating point toward the surge point and reduces system performance.
The unsteady transitional boundary layer due to rotor-stator interaction was studied at two operation points, the design and one off design points. The off design point leads to lower blade loading and lower Reynolds number. A Navier-Stokes code developed in the previous study was parallelized to expedite computations. A low Reynolds number turbulence model was used to close the momentum equations. All computations show good agreement with experimental data. The wake induced transitional strip on the suction side of the stator is clearly captured at design point operation. There is no noticeable change in shape and phase angle of the wake induced strip even in the laminar sublayer. The wake induced transitional strip at off design point shows more complex structure. The wake induced transitional strip is observed only in the turbulent layer, and becomes obscure in the laminar sublayer and buffer layer. This behavior is probably consequent upon that the transition is governed by both wake induced strip and natural transition mechanism by Tollmien-Schlichting wave.
In this paper, orthogonal projection of a point onto a 2D planar curve is discussed. The problem is formulated as finding a point on a curve where the tangent of the curve is perpendicular to the vector connecting the point on the curve and a point in the space. Existing methods are compared and novel approaches to solve the problem are presented. The proposed methods are tested with examples.
When a response surface by a seconde order polynomial regression model, the stationary point is obtained by solving simultaneous linear equations. But the point is a function of random variables. We can find a confidence region for this point as Box and Hunter provided. However, the confidence region is often too large to be useful for the experiments, and it is necessary to augment additional design points in order to obtain a satisfactory confidence region for the stationary point. In this note, the author suggests a method how to augment design points "eficiently", and shows the change of the confidence region of the estimated stationary point in a response surface.e surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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