초음속/극초음속 비행체 설계를 위한 다중 정밀도 유체-열-구조 통합해석 도구 개발 연구 = Study of multi-fidelity fluid-thermal-structural analysis tool development for supersonic/hypersonic air vehicle

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, a development of supersonic air vehicles using supersonic airbreathing propulsion system is active. In case of supersonic air vehicles, aerodynamic and thermal loads are caused by flight condition. To predict structure deformation caused by aerodynamic/thermal loads, necessity of fluid-thermal-structural analysis tool has been raised. However, at the initial design process, high-fidelity analysis tools have difficulties such as computing time and detail configuration.
In this study, based on supersonic vehicle with SCRAMjet propulsion system, development of low-fidelity aerodynamic analysis tool and verification with high-fidelity analysis tool establishes middle-fidelity and high fidelity aerodynamic analysis tool.
Using low-fidelity thermal analysis tool, structural analysis tool and structural optimization tool develops analysis process and tool for supersonic /hypersonic air vehicle. Then, derived the structural design using the analysis tool to verification analysis process.

국문 초록 (Abstract)

현재 국내외적으로 초음속 공기흡입 추진기관 등을 이용한 비행체의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 초음속 비행체의 경우 비행영역의 특성상 공력에 의한 열 하중 및 압력하중이 크며, 이로 인한 구조의 변형 등을 예측하기 위해 설계과정에 있어 유체-열-구조 통합해석에 대한 필요성이 제기된다. 그러나 초기 설계 단계에 있어 고정밀도 기반의 상세해석을 수행하기에는 계산 시간 및 형상 등의 난점을 가진다.
본 논문에서는 스크램제트 추진기관을 가지는 비행체의 형상을 이용, 저 정밀도 공력 해석 도구를 개발, 고 정밀도 공력해석 도구를 이용하여 검증하였으며, 중 정밀도 해석 도구 및 고 정밀도 해석 도구에 대하여 정립하였다.
기 개발된 열 해석 도구 및 구조 해석 도구, 구조 최적 설계를 이용, 초음속/극초음속 비행체에 대한 통합 해석 프로세스를 정립하였으며, 이를 이용하여 유체-열-구조 통합해석 도구를 개발하였다. 이후 개발된 통합해석 도구를 이용하여 구조 최적설계안을 도출, 프로세스의 작동 및 프로세스 검증을 수행하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1장 서론 1
• 제 1절 연구배경 1
• 제 2절 연구 목적 6
• 제 2장 저 정밀도 공력해석 도구 개발 8
• 제 1절 프로그램 개괄 8
• 제 2절 배경 이론 10
• 제 3절 프로그램 개발 19
• 제 3장 중 정밀도 및 고정밀도 해석 도구 22
• 제 1절 중 정밀도 해석 도구 22
• 제 2절 고 정밀도 해석 도구 23
• 제 4장 저 정밀도 공력 해석 24
• 제 1절 참고 형상 24
• 제 2절 저 정밀도 공력해석 도구 26
• 제 5장 유체-열-구조 해석 도구 통합 35
• 제 1절 열 해석 도구 36
• 제 2절 구조 설계안 도출 및 최적 설계 방안 37
• 제 3절 System Deployment 39
• 제 4절 Database Design 41
• 제 5절 GUI Design 42
• 제 6장 해석 결과 및 검증 48
• 제 1절 저 정밀도 해석 결과 49
• 제 2절 중 정밀도 해석 결과 52
• 제 3절 고 정밀도 해석 결과 56
• 제 4절 유체-열-구조 통합해석 프로세스 검증 63
• 제 7장 결론 및 향후 계획 77
• 제 1절 결론 77
• 제 2절 향후 계획 78
• 참 고 문 헌 80
• 부 록. 유체-열-구조 통합해석 도구 실행 예 82
• 국문초록 115