CFD를 활용한 Flow Angularity 풍동시험기법의 외장분리 해석(1)

손창현(Chang-Hyeon Son),서성은(Sung-Eun Seo) 한국항공우주학회 2017 韓國航空宇宙學會誌 Vol.45 No.1

본 연구는 기존 Flow Angularity 장착물 분리 풍동시험 기법을 전산유체해석(Computational Fluid Dynamics)에 적용하여 해석 결과로부터 유동각 데이터베이스를 구성하고 6자유도 분리 궤적 해석한 결과를 전산유체해석의 CTS(Captive Trajectory Simulation) 해석 결과와 비교하여 CFD 해석 기법의 적용 가능성을 확인 한 것이다. Flow Angularity 기법의 전산유체해석 결과는 항공기와 외장간의 각 위치들에서 획득된 공력계수 데이터와 비교하여 데이터의 적절성을 확인하였다. 또한 Flow Angularity 기법으로 획득된 전산유체 해석 데이터로부터 획득된 6자유도 외장 분리 궤적과 전산유체해석으로 해석한 CTS 외장분리 궤적을 비교하여 해석 기법의 적용 가능성을 확인하였다. This study presents the feasibility of CFD(computational fluid dynamic) analysis using the flow angularity wind tunnel test technique. The CFD analyzed data by the flow angularity technique has been constructed as the database to get store trajectories by 6-DOF simulation. The database has been checked out store aerodynamic coefficients by the analyses at each position under wing. After that process, the simulated trajectories by database have been compared with the store trajectories by CTS(Captive Trajectory Simulation) of CFD. The trajectories provided by the database of flow angularity have a good agreement with the store trajectories by CFD.

CFD/DSMC 혼합해석기법을 이용한 축대칭 천이영역 유동 해석

최영재(Young-Jae Choi),권오준(Oh-Joon Kwon) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.3

본 연구에서는 희박기체 환경의 유동 정보를 효과적으로 계산하기 위해 CFD 해석기법과 DSMC 해석기법 간 연계 해석을 수행하는 CFD/DSMC 혼합해석기법을 개발하였으며, 개발된 해석기법을 이용하여 천이영역에서의 고속 비행체 주위 유동에 대한 해석을 수행하였다. 해석 형상으로는 콘과 실린더 형태로 이루어진 FRESH-FX 형상으로 고려하였고, 혼합해석기법의 결과는 순수 CFD 및 DSMC 해석 결과와 비교하였다. 천이영역의 대기가 상대적으로 희박하여 초음속 유동에서 발생하는 충격파의 구배 및 세기가 약화된 것을 확인하였다. 순수 CFD 해석 결과와는 차이를 보였고, 순수 DSMC 해석 결과와 거의 일치하는 결과를 도출하는 것을 확인하였다. 또한, 순수 DSMC 계산시간보다 해석 시간이 감소하였다. 이를 통해 혼합해석기법의 결과에 대한 신뢰성 및 해석 시간에서의 효율을 확인하였다. In the present study, a CFD/DSMC hybrid method performed by a coupled analysis between the CFD method and the DSMC method was developed to obtain the flow information on the rarefied gas flows effectively. Flow simulations around the high speed vehicles on the transition flow regimes were conducted by using the developed method. The FRESH-FX vehicle made of cone and cylinder shapes was considered for the simulations. The results of the hybrid method were compared with the results of the pure CFD and the pure DSMC method to confirm the reliability and efficiency of the hybrid method. It was found that the gradient and the intensity of the shock waves were weakened due to the relatively low density on the transition flow regime. It was confirmed that the results of the hybrid analysis were different to those of the pure CFD analysis and almost identical to those of the pure DSMC analysis. In addition, the computational time of the hybrid method was reduced than that of the pure DSMC method. As a result, it was obtained that the validity and the efficiency of the CFD/DSMC hybrid method.

블레이드-와류 간섭 현상에 대한 로터 전산구조동역학/전산유체역학 결합 해석의 상호 비교 연구

박재상,유영현,사정환,정성남,박수형 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

본 연구는 회전익 항공기의 저속 하강 비행 시에 발생하는 블레이드-와류 간섭 (BVI: Blade-Vortex Interaction) 현상에 대하여 두 종류의 로터 전산구조동역학/전산유체역학 연성 결합 해석의 결과를 상호 비교한다. 로터 전산 구조동역학 해석을 위하여 회전익 통합해석 코드인 CAMRAD Ⅱ 와 비선형 유연 다물체 동역학 코드인 DYMORE Ⅱ 를 각각 사용하며, 로터 전산유체역학 해석을 위하여서는 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) CFD 코드인 KFLOW 를 이용한다. CAMRAD Ⅱ/KFLOW 및 DYMORE Ⅱ/KFLOW 연성 결합해석을 HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ 에 대하여 수행하여 각각의 공력하중, 로터 트림, 블레이드 끝단 변형, 구조하중 및 후류 위치 등의 해석 결과를 풍동 시험 결과와 비교할 뿐만 아니라 두 종류의 연성 결합 해석 결과를 상호 비교하여 유사점과 차이점을 연구한다. This paper conducts the code-to-code comparison study of rotor CSD (computational structural dynamics)/CFD (computational fluid dynamics) coupled analyses for BVI (blade-vortex interaction) phenomenon in low speed descending flight. The two different rotorcraft CSD codes, a rotorcraft comprehensive analysis code, CAMRAD Ⅱ and a nonlinear flexible multibody dynamics code, DYMORE Ⅱ, are used. RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) code, KFLOW, as a rotor CFD code is loosely coupled with CAMRAD Ⅱ and DYMORE Ⅱ, respectively. The two sets of the coupled analyses, CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW, are compared with the measured airloads, trimmed pitch control angles, blade tip deformations, blade structural loads, and vortex positions of the HART (Higher harmonic control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ. Through the comparison between CAMRAD Ⅱ/KFLOW and DYMORE Ⅱ/KFLOW analyses, the similarity and the difference of the prediction results are investigated.

전산해석을 통한 지면모사풍동 개발 선행연구

정성민(Seong-Min Jeong),김태경(Tae-Kyung Kim),김정현(Jung-Hyun Kim),이영빈(Yeong-Bin Lee),최중근(Joong-Keun Choi),김규홍(Kyu-Hong Kim),이준용(Jun-Yong Lee) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2013 No.5

현재 서울대에서는 지면모사 풍동의 개발을 준비중이며 이에 앞서 본 논문에서는 지면모사 방법선정을 위한 전산해석 선행연구를 진행하였다. 지면 모사방법 선정연구에 앞서 일반적인 검증문제에 해당하는 Ahmed Body의 전산해석을 수행하여 논문의 실험값과 비교를 하였다. 이를 통해 해석기법 및 정확성을 검증하였고 전산해석 방법을 선정하였다. 그리고 현재 서울대 아음속풍동크기의 전산해석 영역에서 고정지면과 실제 주행조건을 부여하여 해석을 수행하였고, 풍동의 지면모사방법인 Moving belt 기법, Suction 기법 등 지면모사 방법을 달리하면서 전산해석을 수행하였다. 고정지면과 실제 주행조건의 전산해석 결과들과 지면 모사방법을 적용하여 해석한 결과들을 비교하여 각 기법들에 따른 항력계수, 경계층 변화 그리고 공력 특성들을 살펴보았다. 이를 통하여 차량의 지면효과를 고려할 수 있는 풍동제작에서의 지면 모사방법에 대한 방향을 제시하였다.

구조 변형을 고려한 풍력 터빈 블레이드 단면의 공력 최적 설계

권형일,류동옥,유주열,권오준 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.11

본 연구에서는 고효율 풍력 발전 시스템 개발을 위하여 풍력 발전용 블레이드의 토크를 향상 시키도록 단면 최적 설계를 수행하였다. 특히 블레이드 주위의 공기역학적 특성이 만들어내는 탄성 구조 변형을 고려할 수 있도록 전산구조해석과 전산공력해석을 연계한 공력-구조 연계 해석을 수행하였다. 이 연계 해석 프로그램을 이용하여 구조 변형 정도와 내리씻김 효과를 예측하고 이를 바탕으로 설계 단면의 유동 조건을 산출하였다. 또한 설계 후에는 이 공력-구조 연계 해석 프로그램을 이용하여 최적 설계안에 대한 검증 해석을 수행하였다. 단면 최적 설계 프레임워크에는 천이 효과를 고려한 2차원 비압축성 N-S 해석 프로그램과 구배율 기반의 최적화 알고리즘, PARSEC 형상함수를 포함시켜, 반복 설계 과정에서 정확한 해석을 바탕으로 효율적으로 최적점의 탐색이 수행되도록 하였다. NREL Phase VI 로터 블레이드의 실험 데이터와의 비교를 통해 전산공력해석과 구조해석 결과에 대한 검증을 수행하였으며 동일한 블레이드와 NREL 5MW급 블레이드의 단면 최적 설계를 수행하였다. 설계 결과, NREL Phase VI와 5MW 블레이드의 토크 성능이 각각 14.8%, 4.2% 향상되었다. In this study, aerodynamic sectional design optimization for wind turbine rotor blades sections has been performed to design an efficient wind turbine blade. CFD/CSD coupled analysis was conducted to consider elastic structural deformation of rotor blades. Using that analysis, structural deformation and downwash effect by the flow around rotor blades were predicted to acquire accurate sectional design conditions. For the purpose of the efficient and desirable searching to the optimum, the design framework was carried out to include two-dimensional Navier-Stokes analysis with SST based transition model, gradient based optimization algorithm and PARSEC shape function were included in design framework. Validations of CFD/CSD coupled analysis has been reached by applying NREL Phase VI rotor blades. After that, sectional design optimizations of NREL Phase VI rotor blades and NREL 5MW rotor blades have been conducted. In result, torque performances of NREL Phase VI and 5MW rotor blades have been improved by 14.8% and 4.2% respectively.

전산유체/전산구조 연계 방법을 사용한 항공기 날개의 정적 공탄성 해석

최동수(Dongsoo Choi),전상욱(Sangook Jun),김병곤(Byung-Kon Kim),박수현(Soohyun Park),조맹효(Maenghyo Cho),이동호(Dong-Ho Lee),이경태(Kyung-Tae Lee),전승문(Seung-Moon Jun) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.4

전산유체와 전산구조 연계 방법을 사용하여 하부에 외부 장착물이 부착된 초음속 비행체의 날개에 대한 정적 공탄성 해석을 수행하였다. 전산유체와 전산구조의 연계를 위하여 두 개의 사상 알고리즘, 즉 압력 사상 알고리즘과 변위 사상 알고리즘이 사용되었다. 공력해석은 날개주위의 유동장을 구하기 위하여 비정렬 3차원 오일러 방정식을 이용하였고 구조변위를 구하기 위하여 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 연계 절차는 특정 수렴조건을 만족할 때까지 반복 수행되며, 전형적인 초음속 비행체 날개에 대한 정적 공탄성 해석을 수행하여 수렴된 날개 형상을 얻었다. A static aeroelastic analysis for supersonic aircraft wing equipped with external store under the wing lower surface is performed using computational fluid dynamics (CFO) and computational structural technology(CST) coupling methodology. Two mapping algorithms, which are the pressure mapping algorithm and the displacement mapping algorithm, are used for CFD/CST coupling. A three-dimensional unstructured Euler code and finite element analysis program are used to calculate the flow properties and the structural displacements, respectively. The coupling procedure is repeated in an iterative manner until a specified convergence criterion is satisfied. Static aeroelastic analysis for a typical supersonic flight wing is performed and final converged wing configuration is obtained after several iterations.

파력발전용 비대칭 로터의 비선형 종동요 운동을 고려한 연간발전량 산출에 관한 연구

하윤진(Yoon-Jin Ha),박지용(Ji Yong Park),김경환(Kyong-Hwan Kim),신승호(Seung Ho Shin) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.7

본 연구에서는 별도의 CFD 해석을 이용하여 주파수영역해석에 의한 비대칭 WEC 로터의 추정된 연간발전량을 보정하는 연구를 수행하였다. 파고변화에 따른 CFD 해석에서는 파고가 증가함에 따라 입사파의 파고로 무차원화된 로터의 운동 크기가 감소하고 로터의 종동요 공진파 주기가 이동하는 현상이 발생하였다. 따라서 선형가정으로 이뤄진 주파수영역해석에 의한 추정된 연간발전량은 다소 과도하게 추정될 수 있기 때문에 CFD 해석결과로부터 그 추정된 연간발전량을 수정하였다. 그 결과로부터 파력발전장치 통합해석 발전량 추정프로그램 개발을 위한 기초자료를 확보하였다. In this study, estimated annual energy production of a asymmetric WEC rotor by a frequency domain analysis was modified using CFD simulations. In the CFD simulation according to wave heights, as increasing wave heights, normalized pitch motions of the rotor by wave heights of incoming waves decrease, and resonance periods of the rotor change in each wave height. The estimated annual energy production of the rotor by the frequency domain analysis was modified from the CFD simulation results, because the annual energy production can be overestimated from the frequency domain analysis based on the linear assumption. The results can be used as fundamental data for development of the establishment of integrated performance tool of wave energy converter

청소기의 흡입일률 예측을 위한 CFD 해석 자동화

신정호(Jeongho Shin),윤상문(Sang-Moon Yoon),류대호(Dae-Ho Ryoo),김태영(Tae-Young Kim),김수옥(Su-Ok Kim),윤경수(Kyung-Soo Yoon) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.6

This paper introduces the automation of CFD analysis for predicting the suction power of the cyclone-type vacuum cleaner. To develop a new vacuum cleaner with the desired performance, 3 steps including the detail design, making engineering sample and the measurement of its performance must be repeated several times. It takes so much time and cost to make engineering samples. Therefore the process of trial and error results in much loss of the total production cost and the developing time. Instead of the predicting the performance from the engineering sample, CFD analysis can be applied and reduce the number of trials. However, it also takes so much time for the field engineers to learn and apply CFD analysis. Most of them are not familiar with CFD analysis, but familiar with CAD systems. So the new interface that enables the automated CFD analysis in CAD environment has been developed. With the help of this interface, users can apply CFD analysis to predict the suction power using the CAD model which is very familiar with them. The developed system asks the user the minimal input for CFD analysis and shows the processed final result from the automated CFD analysis in the background. It is illustrated that the automated CFD interface can contribute to reducing the total developing time through predicting the performance in advance.

항공기용 ACM 원심압축기의 전산유체해석 및 실험 비교 연구

김재훈,김정엽,이균호,김경수,안성민,백승윤,조재필 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

항공기는 고도에 따라 수시로 압력과 온도가 변화하기 때문에 이를 제어하기 위한 환경 제어 시스템이 필요하다. 환경 제어 시스템의 핵심 부품인 ACM(Air Cycle Machine)은 엔진으로부터 유입된 고온의 공기를 역 브레이튼 사이클을 이용해 냉각시켜 기내의 여압과 온도를 조절한다. 본 논문에서는 ACM의 원심압축기 설계 형상을 이용해 모델링하고 전산유체해석을 수행하였다. 또한 전산유체해석을 통해 원심압축기의 성능 특성을 실제 실험 결과와 비교하여 검증하였다. 전산유체해석을 위해 상용 CFD 소프트웨어인 ANSYS의 Design Modeler, BladeGen, CFX를 이용하였다. Aircraft requires ECS(Environmental Control System) since the change in pressure and temperature from time to time as the aircraft altitude. ACM(Air Cycle Machine) which core part of the ECS controls the temperature and the cabin pressurization using a reverse Brayton cycle for the hot air flowing from the engine. In this paper, performed computational fluid analysis with centrifugal compressor modeling using design shape. In addition, perfomance characteristics of a centrifugal compressor through a computational fluid analysis compared with the actual test results. commercial CFD software ANSYS of Design Modeler, BladeGen, CFX are used for computational fluid dynamics analysis.

전산유동해석 기법을 이용한 KSLV-Ⅰ PLF 구조물 온도 해석 및 비행시험 자료 비교

김영훈(Younghoon Kim),옥호남(Honam Ok),김인선(Insun Kim) 한국항공우주연구원 2010 항공우주기술 Vol.9 No.1

고속으로 비행하는 물체는 공력가열에 의해 온도가 상승한다. KSLV-Ⅰ 비행 중 공력가열 조건을 예측하는 방법으로 MINIVER를 이용하는 방법과 전산유통해석(CFD)기법을 이용하는 방법이 있다. MINIVER는 경험적 기법을 이용하여 대류열전달계수 및 회복온도를 산출하며, CFD 기법은 실제 유동장을 해석하여 발사체 표면에서의 공력가열조건을 산출한다. 본 연구에서는 CFD 기법을 이용하여 얻은 공력가열조건을 PLF 구조물 외부 표면에 적용하여 PLF 내부 온도장을 해석하고 그 결과를 KSLV-Ⅰ 1차 비행시험 결과와 비교하였다. The temperature of the flight objects in high speed increases due to the aerodynamic heating. MINIVER and CFD approach are used to predict the aerodynamic heating conditions of KSLV-Ⅰ. MINIVER is based on the empirical method. And the CFD approach predicts the aerodynamic heating conditions after the analysis of the surface temperature and the surface heat flux directly. In tills study, the aerodynamic heating conditions using CFD approach are considered. The PLF temperature for these aerodynamic heating conditions is compared with the flight test data of KSLV-Ⅰ.