거대 구조물의 유체-구조 연계 해석을 위한 효과적인 보간기법에 대한 연구

이기두(Ki-Du Lee),이영신(Young-Shin Lee),김동수(Dong-Soo Kim),이대열(Dae-Yearl Lee) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.5

대부분의 자연현상은 다학제 특성을 갖고 표현된다. 유체-구조 연계(FSI) 문제의 경우 기존에 검증된 전산유체 해석 프로그램 및 구조해석 프로그램을 그대로 사용할 수 있다는 장점 때문에 약결합 방식이 일반적으로 이용된다. 그러나 약결합을 이용하여 해석을 수행하기 위해서는 서로 다른 특성을 갖는 격자시스템으로 발생되는 자료의 교환을 위해서 보간 및 사상이 필수적이다. 본 연구에서는 전역지지 및 국부지지 방사기저함수(RBF)를 이용한 보간 및 가상일의 원리를 적용한 사상의 성능을 단순 3차원 형상에 적용하여 검토하였다. 국부지지 RBF에 공간분할 트리의 일종으로 빠른 공간 탐색을 가능하게 해주는 kd-tree를 사용하는 경우 효과적으로 거대 구조물의 FSI에도 보간 및 사상이 적용 가능함을 여객기 형상의 항공기모형을 이용하여 제시하였다. Generally, the events in nature have multi-disciplinary characteristics. To solve this problems, these days loosely coupled methods are widely applied because of advantage of solvers which are already developed and well proved. Those solvers use different mesh system, so transformation and mapping of data are vital in the field of fluid-structure interaction(FSI). In this paper, the interpolation of deformation which is used globally and compactly supported radial basis functions(RBF), and mapping of force which use principle of virtual work are examined for computing time and accuracy to compare ability with simple 3-D problem. As the results, interpolation scheme of compactly supported radial basis functions are useful to interpolation and mapping for large-scale airplane in FSI with a k-dimensional tree(kd-tree) which is a space-partitioning data structure for organizing points in a k-dimensional space.

유체-구조 연계 해석기법을 이용한 세장비가 큰 비행체 날개의 공탄성 해석

이기두(Ki-Du Lee),이영신(Young-Shin Lee),이대열(Dae-Yearl Lee),이인원(In-Won Lee) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.6

항공기의 안전성 확보 및 투하되는 탄의 정확도 증대를 위한 새로운 개념의 활공비행체 개발이 많은 기업에서 진행 중에 있다. 항공기의 장착 공간 및 활공거리 증대를 고려하여 세장비가 큰 전개되는 날개를 채택하는 것이 일반적이다. 큰 세장비의 날개 구조물은 상대적으로 낮은 강성에 의하여 과도한 탄성변형 뿐 아니라 플러터 발생의 가능성이 높아지게 된다. 본 연구는 큰 세장비 날개에 대하여 유체-공력 연계기법을 이용, 구조변형에 의한 공력 특성의 변화 및 플러터 발생가능성에 대하여 검토하였다. 공기력 계산을 위하여 FLUENT 코드가 구조 동특성 해석을 위하여ABAQUS 상용코드가 사용되었으며, 국부지지 방사기 저함수로 구성된 Code-bridge를 이용한 입력 자료의 보간 및 사상을 수행하였다. 해석 결과 고려된 활공 조건에서 구조 변형에 의한 공력 특성의 변화가 발생하는 것이 관측되었으며, 이에 의한 진동도 계속적으로 발생되는 것으로 표현되었다. For the safety of aircraft and accuracy of bombs, many companies have researched the new concept of adaptive kit to flying-bombs. For the long distance flying, it's normally used deployed high-aspect ratio wing because of limited volume. The probabilities of large elastic deformation and flutter are increased due to decreased stiffness of high-aspect ratio wing. In this paper, computational fluid dynamics and computational structure dynamics interaction methodology are applied for prediction of aerodynamic characteristics. FLUENT and ABAQUS are used to calculate fluid and structural dynamics. Code-bridge was made base on the compactly supported radial basis function to execute interpolation and mapping. There are some differences between rigid body and fluid-structure interaction analysis which are results of aerodynamics characteristics due to structural deformation. Small successive vibration was observed by interaction.

외부 장착물 형상에 따른 F-5 항공기 수평미익의 공탄성 특성 예측

이기두(Ki-Du Lee),이영신(Young-Shin Lee),이대열(Dae-Yearl Lee),김인우(In-Woo Kim),이인원(In-Won Lee) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.9

항공기 탑재 장비의 발달에 따라서 기존 운용 중인 항공기에 새로이 개발된 외부장착 물을 추가하거나 교체하는 경우가 빈번히 발생하고 있다. 외부 장착물의 추가 및 변경은 기존 항공기의 전체적인 공력특성을 심각하게 변화시킬 수 있다. 따라서 요구되는 장착물 배열, 형상에 따른 유동 및 공탄성 현상의 파악은 항공기 개발단계 및 항공무장의 추가적인 개발 시 필수적으로 요구된다. 본 연구는 유체-공력 연계기법을 이용, 외부장착물의 형상에 따른 F-5 항공기 수평미익의 공탄성 특성변화에 대하여 검토하였다. 공기력 계산을 위하여 FLUENT 코드를, 구조 동특성 해석을 위하여 ABAQUS 코드를 사용하였으며, 전역지지 방사기저함수를 적용한 Code-bridge를 이용하여 입력 자료의 보간 및 사상을 수행하였다. 해석 결과 고려된 비행 조건에서 외부장착물의 형상에 따른 수평미익의 공탄성 특성에 미소한 차이는 있었으나 플러터는 발생하지 않는 것으로 나타났다. According to the development of loading equipments, it is usual to change or replace the existing stores. It has been known that pylon-mounted under stores strongly affect aircraft dynamics characteristics due to the change of aerodynamics. To predict the aerodynamics and aero-elasticity is essentially requested with considering the configuration and shape of external stores during the development of aircraft and/or external stores. In this paper, computational fluid dynamics and computational structure dynamics interaction methodology are applied for prediction of aerodynamic characteristics for F-5 aircraft's horizontal tail with various shape of external stores. FLUENT and ABAQUS were used to calculate fluid and structural dynamics. Code-bridge was made base on the globally supported radial basis function to execute interpolation and mapping. As a result, even though the aeroelasticity of the horizontal tail slightly changes according to the shape of external store, the flutter was not occurred at the considered flight conditions in this study.

최적화 기법을 이용한 비행체 구조물 동특성 해석 모델의 최신화 연구

이기두(Ki-Du Lee),이영신(Young-Shin Lee),김동수(Dong-Soo Kim) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.2

해석용 모델의 검증이란 완성된 모델이 실제 제품의 특성을 반영하고 있는지에 대한 확인절차이다. 일반적으로 해석모델작성 시 형상의 단순화 및 비선형특성의 반영에 대한 한계 등으로 공학적 가정을 이용하므로 실제 구조와는 다른 물리적, 기계적 특성을 갖게 된다. 본 연구에서는 순차적 2차계획법(Sequential Quadratic Programming, SQP)을 이용하는 목표달성기법(Goal-Attainment Method)의 다목적 최적화 기법을 이용하여 활공체 날개의 정적 처짐과 고유진동수 차이를 최소화하는 방법으로 구조모델의 최신화를 수행하였으며, 모드형상의 일치성을 정량적으로 판단하기 위하여 Modal Assurance Criterion(MAC)를 이용하였다. Analytical modal verification is considered as the process to provide an acceptable description of the subject structure's behaviour. In general, results of original analytical model are different with actual structure results to uncertainty like non-linearity of material, boundary and modified shape, etc. In this paper, the dynamic model of glider's wing is correlated with static deformation and vibration test results by goal-attainment method, multi-objects optimization technique. The structural responses are predicted by using finite element method and optimization is carried out by using the SQP(sequential quadratic programming) method which is widely used in the constrained nonlinear optimization problem. The MAC(Modal Assurance Criterion) is used to modify the mode shapes and quantify the similarity.

세가지 형태의 구속 안전장치에서 헬기 승무원의 낙하충격 해석

이중현(Jung-Hyun Lee),이영신(Young-Shin Lee),이기두(Ki-Du Lee),한규현(Kyu-Hyun Han) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

To accomplish the crashworthiness for a vehicle structure, designer must consider three requirements. First one is sufficient living space. Second requirement is restraint system of the occupant to prevent injurious contact with the vehicle's interior or ejection from it. Third requirement is allowable impact force which is experienced by the occupant should be reduced to a tolerable level. Reducing of the crash energy for occupant, design is required a total system's approach with landing gear, floor structure, and seat. In this paper, a method of modeling a seat belt on a crew seat during a dynamic seat testing. The body segments of occupant were modeled as joint with stiffness, damping, and friction. Four type seat belt restraints system were treated. The safety performance of a occupant seat belt indicated that. the effectiveness of a safety device for crashworthiness and safety could be substantially improved.

시뮬레이션 기법을 이용한 헬기 승무원의 낙하 충격시 안전에 관한 연구

이중현(Jung-Hyun Lee),이영신(Young-Shin Lee),이기두(Ki-Du Lee),한규현(Kyu-Hyun Han) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.5

During the crash, the crew was slowed down in a controlled manner by stroking/failing the landing gear, crushing the floor structure, and stroking the seat at a predetermined load before being subjected to the crash pulse which by then has been reduced to within human tolerance limit. In this paper, a method of modeling an occupant on a crew seat during a dynamic seat testing. The occupant model used a multibody approach. Body segments were modeled as joint with stiffness, damping, and friction. A helicopter-crew model for crash-simulation was developed, and the drop impact analysis of helicopter's crew was presented. The injury assessment of helicopter's crew was presented.