Critical Slowing Down의 Phase Radius Filtering을 통한 2차원 익형의 Limit Cycle Flutter 예측에 대한 풍동 시험

임주섭,이상욱,김태욱 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

임계더뎌짐(Critical Slowing Down)은 supercritical/subcritical Hopf bifurcation 등의 비선형 불안정상태의 전조 신호 중의 하나이다. 최근, critical slowing down 현상의 관측을 통한 bifurcation 예측 기법의 적용성 확장을 위한 방안으로서 phase radius filtering이 제안되었다. 이 예측 기법은 시스템이 안정 상태에서 특이점에 근접해 있을 때, 시스템의 spiral sink상에 관측되는 critical slowing down 현상을 추적한다. 시스템의 spiral sink는 원형 궤적보다는 타원형 궤적을 따르는 것이 일반적이다. Phase radius filtering은 이러한 phase radius의 주기적인 변동을 제거함으로써, 관측자가 phase radius의 원형 감소만을 측정할 수 있도록 해준다. 여기에서는, 리밋 사이클 플러터 특성을 갖는 2차원 익형의 풍동시험 결과를 예시로써 다루고 있다. Critical slowing down is one of the precursory signals for nonlinear instability such as supercritical/subcritical Hopf bifurcation. Recently, phase radius filtering has been suggested to broaden applicability of bifurcation forecasting technique monitoring critical slowing down phenomenon. This forecasting technique tracks critical slowing down phenomenon exhibited on the spiral sink in the phase portrait when the system is stable and near the critical (bifurcation) point. The spiral sinks, in general, follow along elliptic trajectories rather than circular ones. The phase radius filtering is to eliminate this periodic fluctuation in the phase radius, so that one can monitor only the circular decrement of the phase radius. Herein, 2D airfoil exhibiting limit cycle flutter is demonstrated as an example by wind tunnel experiments.

공학 시스템의 분기현상 예측에 대한 이론과 실험

임주섭,안이기,황인희,이대성,김성찬 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

분기현상의 전조 신호를 식별한다는 것은 다양한 연구분야에 있어서 매우 어려우면서도 중요한 주제이다. 자연계 혹은 생물계 시스템들에 대해서는 이 전조 신호들에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 반면, 공학 시스템과 관련한 분기점 예측에 대한 연구는 잘 이루어지고 있지 못하다. 일반적으로 매우 작은 perturbation 에서의 Critical Slowing Down (CSD) 현상이 전조 신호중 하나로 사용되어지고 있다. 큰 perturbation 이 사용되지 못했던 이유는 실험 노이즈로부터 안정적인 적절한 수식화가 이루어 지지 못했기 때문이다. 본 논문에서는 큰 값의 시스템 동요가 적용되었을 때 CSD 변화를 추적하여 분기현상을 예측하는 수식화를 소개하고, 공학 시스템에 대한 적용성에 대해 논의한다. 시뮬레이션과 실험 결과를 통해 플러터 현상과 같은 공탄성 시스템에의 적용 가능성 또한 소개한다. Identifying precursive signals of bifurcations is a significant challenge and an important need in diverse fields. While various approaches are discussed mostly for natural systems or biological systems, study of forecasting bifurcations for engineered systems is lacking. Most common precursor of bifurcation is the critical slowing down (CSD) from very small perturbations. Large levels of perturbation have not been used mainly because of a lack of an adequate formulation that is robust to experimental noise. This work introduces such a formulation, and discusses how this approach is applicable to engineered systems. Both numerical and experimental results are presented to demonstrate the technique and highlight its potential contributions to aeroelastic system analysis, such as airfoil flutter.

중형급 민간항공기의 유한요소 모델링 및 구조해석

임주섭,박일경,신정우,강왕구,김성준 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.4

본 논문에서는 중형급 민간항공기의 개념설계단계의 구조 FE 모델링 및 구조해석방법을 소개한다. 개념 설계단계의 비교적 단순화 된 FE 모델링을 통한 해석 범위 및 해석 방법, 또한 설계 요구 조건에 대한 개요설명에 이어, 전기체의 컴포넌트 단위의 FE 모델링 및 취합과정에 대해 소개한다. 그리고, 주익의 center wing을 대상으로 세분화 된 설계 요구 조건 및, 대표적인 failure mode들에 대한 analytic formulation을 설명하고, 구조해석에 적용된 하중 조건 및 구조해석을 통한 리사이징 결과 도출 과정들에 대한 내용을 다룬다. In this paper, structural FE modeling and structural analysis methods have been discussed for the conceptual design phase of the regional aircraft. For the conceptual design phase, the full aircraft is modeled in simplification. Range of analysis, analysis methods, and design requirements have been discussed, followed by demonstration of FE modeling for each component level and integration into the full aircraft model. For the center wing region of the main wing, specified design requirements and analytic formulations for most common failure modes are discussed. Then, the load cases applied for structural analysis of the center wing and resizing process are presented.

고고도 장기체공 무인기 플러터 해석

임주섭,이상욱,이승규,김태욱 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

고고도 장기체공을 위한 무인기 구조 개발은 기존의 항공기 구조 개발과는 전혀 다른 접근을 요구한다. 고고도에서의 장시간 체공을 위한 높은 양항비를 얻기 위해 가로세로비가 큰 주익 형상을 가져야 하며, 높은 경량화 요구조건으로 인한 유연구조의 개발이 불가피 하다. 높은 가로세로비와, 유연 구조물의 특성상 비행중 발생하는 플러터 현상에 취약해지게 된다. 본 연구는, 새롭게 개발되고 있는 고고도 장기체공 무인기의 구조 개념 설계의 일환으로 주익 구조에 대한 스파 위치 및 적층 패턴 설계 파라미터 변화에 따른 공탄성 특성 해석 과정과 결과를 다루었다. Developing structures of HALE UAV requires new approaches other than current conventional aircraft structure development. HALE (High altitude and long endurance) operational condition requires high lift over drag (L/D) ratio, and it is inevitable to develop highly flexible structure due to ultra-light weight requirement. In this paper, in part of structural concept design for the HALE UAV currently under development, procedures and results of trade-off studies are presented for certain design parameters, such as main spar location and layup pattern.

Critical Slowing Down과 Phase Radius Filtering을 이용한 Supercritical Hopf Bifurcation의 예측과 Flutter 모델에의 적용

임주섭,이상욱,김태욱 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.4

Critical slowing down은 supercritical/subcritical Hopf bifurcation 등의 비선형 불안정 상태의 전조신호 중의 하나이다. Critical slowing down은 안정상태의 시스템이 외란에 의한 perturbation으로부터 안정상태로 돌아가는 과정에서 관측될 수 있으나, 안정상태로 돌아가는 과정에는 시스템 특성에 따른 다른 신호들이 혼재하는 것이 일반적이다. 본 발표 논문은 다양한 신호들 속에서, bifurcation 예측을 위한 critical slowing down 신호를 효과적으로 관측하기 위해 제안된 phase radius filtering 기법에 대하여 다루고 있다. Phase radius filtering에 대하여 간단한 수학 모델을 통해 소개하고, 이를 활용하여 비선형 비틀림 특성을 갖는 2차원 익형 모델에 대한 limit cycle flutter에 대한 예측을 시뮬레이션을 통해 소개하였다. Critical slowing down is one of the precursory signals for nonlinear instability such as supercritical/subcritical Hopf bifurcation. While critical slowing down can be observed when the stable system get stabilized from external perturbation, there are generally mixed signals from difference sources of the system characteristics during recovery of the stability. Herein, phase radius filtering is introduced as an approach to effectively monitor critical slowing down for bifurcation forecasting. After fundamental discussion about phase radius filtering for a simple mathematical model is presented, numerical example of bifurcation forecasting for limit cycle flutter of the 2D airfoil model with pitch nonlinearity.

비틀림 비선형성을 갖는 2차원 익형의 Critical Slowing Down 을 이용한 Limit Cycle Flutter 예측 인자

임주섭,이상욱,김태욱,Lim, Joosup,Lee, Sang-Wook,Kim, Tae-Uk 한국항공운항학회 2013 한국항공운항학회지 Vol.21 No.4

In this paper, limit cycle flutter induced by Hopf bifurcation is studied with nonlinear system analysis approach and observed for the critical slowing down phenomenon. Considering an attractor of the dynamics of a system, when a small perturbation is applied to the system, the dynamics converge toward the attractor at some rate. The critical slowing down means that this recovery rate approaches zero as a parameter of the system varies and the size of the basin of attraction shrinks to nil. Consequently, in the pre-bifurcation regime, the recovery rates decrease as the system approaches the bifurcation. This phenomenon is one of the features used to forecast bifurcation before they actually occur. Therefore, studying the critical slowing down for limit cycle flutter behavior would have potential applicability for forecasting those types of flutter. Herein, modeling and nonlinear system analysis of the 2D airfoil with torsional nonlinearity have been discussed, followed by observation of the critical slowing down phenomenon.

Numerical Study on Bifurcation Morphing

임주섭,김성준,황인희 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

비선형 피드백 가진에 의한 bifurcation morphing 은 시스템 파라미터의 변화를 측정하는 진동 기반의 검사기법이다. 본 논문에서는 cantilever-based sensing 에 응용된 bifurcation morphing 에 대한 수치적 연구와 그 결과를 소개한다. 첫째로, bifurcation morphing 의 기본 개념과 더불어 비선형 피드백 가진과 시간지연 피드백에 대한 개념을 간략하게 요약한다. 두번째로, cantilever beam 에 대한 유한요소 모델링에 대해 다룬다. 그 다음, sensing 을 수행하는 과정의 수치적 결과들을 소개한다. 이는 bifurcation boundary, bifurcation morphing, parameter reconstruction 단계로 분류될 수 있다. 결론으로, bifurcation morphing approach 의 다양한 적용 가능성에 대해 논의하고, 또한 구조변경이 없는 상태에서 mechanical sensor 의 성능향상이라는 관점에서 시스템의 비선형 특성 활용의 중요성에 대해 논의한다. Bifurcation morphing by means of nonlinear feedback excitation is a vibration-based evaluation technique to detect and measure parameter variations of system. In this paper, numerical study of bifurcation morphing is presented in application to cantilever-based sensing. First, main idea of bifurcation morphing is briefly summarized with a simple model and equations, including the concepts of nonlinear feedback excitation and delayed feedback. Next, FE modeling of a cantilever beam is along the process of cantilever-based sensing. Those results are categorized as bifurcation boundary, bifurcation morphing, and parameter reconstruction. In conclusion, potential applications of the bifurcation morphing approach and the importance of nonlinear features are discussed for enhancing sensing performance in mechanical sensors without structural modifications.

회전익 무인기 진동 모드 해석 및 진동 특성 개선

임주섭(Joosup Lim),박일경(Ill-kyung Park) 한국항공우주학회 2018 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2018 No.11

CPACS 연계 Wingbox 형상 생성

임주섭(Joosup Lim) 한국항공우주학회 2022 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2022 No.11

UAM 항공기에 대한 Skid 방식 착륙장치의 내추락 개념 연구

임주섭(Joosup Lim) 대한기계학회 2023 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2023 No.11