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강신성(Shinseong Kang),이경훈(Kyunghoon Lee) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.1
유도무기의 설계 및 제어에서 6자유도 공력계수의 신속한 추정을 위해 공력계수 데이터에 기반한 예측 모형이 주로 이용된다. 고정확도의 공력계수 예측 모형은 다수의 풍동시험 데이터로 생성할 수 있지만, 이는 많은 시간과 자원을 요구한다. 따라서 본 연구에서는 소수의 풍동시험 데이터를 다수의 전산유체역학 데이터와 혼합한 코크리깅 기법을 활용해 고정확도의 공력계수를 신속하고 효율적으로 예측하고자 한다. 풍동시험과 전산유체역학 데이터를 혼용한 예측 모형의 우수성을 보기 위해, 전산유체역학 데이터 보조의 유무에 따라 두 가지 공력계수 예측 모형을 생성한 후 수치적 검증과 예측 경향성 점검으로 두 모형의 예측 정확도를 비교하였다. 그 결과, 전산유체역학 데이터의 도움 덕분에 코크리깅 모형으로 크리깅 모형보다 더 정확한 공력계수 산출이 가능한 것을 확인하였다. Surrogate models have been used for the rapid estimation of six-DOF aerodynamic coefficients in the context of the design and control of a missile. For this end, we may generate highly accurate surrogate models with a multitude of aerodynamic data obtained from wind tunnel tests (WTTs); however, this approach is time-consuming and expensive. Thus, we aim to swiftly predict aerodynamic coefficients via co-Kriging using a few WTT data along with plenty of computational fluid dynamics (CFD) data. To demonstrate the excellence of co-Kriging models based on both WTT and CFD data, we first generated two surrogate models: co-Kriging models with CFD data and Kriging models without the CFD data. Afterwards, we carried out numerical validation and examined predictive trends to compare the two different surrogate models. As a result, we found that the co-Kriging models produced more accurate aerodynamic coefficients than the Kriging models thanks to the assistance of CFD data.
물리적 구배 정보를 이용한 공력계수 모형화를 위한 GE 크리깅의 적용
강신성(Shinseong Kang),이경훈(Kyunghoon Lee) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.3
유도무기는 원통형 형상에서 기인한 기하학적 특성으로 6자유도 공력계수에 물리적 구배 조건을 내포하게 된다. 본 연구는 부가적으로 주어진 물리적 구배 정보를 공력계수 모형화에서 효과적으로 이용할 목적으로 구배 보강 가우스 과정을 사용하였다. 물리적 구배 정보를 활용한 공력계수 예측의 정확성을 살펴보기 위해, 가우스 과정에 기초한 공력계수 예측 모형을 구배 정보의 유무에 따라 각각 구성한 후 서로의 예측 정확도를 비교․분석하였다. 그 결과, 물리적 구배 정보를 고려한 공력계수 예측은 부여된 구배 조건을 정확히 만족하였을 뿐만 아니라 그렇지 않은 모형에 비해 예측 정확도가 더 우수함을 확인하였다. 다만, 구배 보강 가우스 과정으로는 물리적 구배 정보를 연속적으로 부여할 수 없으며 추가된 구배 정보로 인해 공력계수 예측 모형 구성에 요구되는 표본수가 증가하는 단점도 확인하였다. The six-DOF aerodynamic coefficients of a missile entail inherent physical gradient constraints originated from the geometric characteristics of a cylindrical fuselage. To effectively adopt the freely available gradient information in aerodynamic coefficients modeling, this research employed gradient-enhanced (GE) Gaussian process. To investigate the accuracy of aerodynamic coefficients predicted with gradients information, we compared two Gaussian-process-based models: ordinary and GE Gaussian process models with and without gradient information, respectively. As a result, we found that GE Gaussian process models were able to comply with imposed gradient information and more accurate than ordinary Gaussian process models. However, we also found that GE Gaussian process modeling cannot handle gradient information continuously and ends up with more samples due to additional gradient information.
다충실도 모형화를 통한 공기로 모사된 측방제트가 유도무기의 공력특성에 미치는 영향 연구
강신성(Shinseong Kang),강다영(Dayoung Kang),이경훈(Kyunghoon Lee) 한국항공우주학회 2021 韓國航空宇宙學會誌 Vol.49 No.2
측방제트는 조종면에 비해 즉각적인 유도무기 기동이 가능하지만 자유류를 간섭하여 공력계수에 영향을 줄 수 있다. 공력계수에 대한 측방제트의 영향을 파악하기 위해 측방제트를 공기로 모사한 후 측방제트 유무에 따른 공력계수 차이를 다충실도 모형을 사용하여 살펴본다. 측방제트 유무에 따라 공력계수 예측 모형으로 추정된 공력계수 간 차이를 계산하여 측방제트의 영향을 마하수, 뱅크각, 받음각의 변화에 따라 조사한다. 분석 결과, 종방향 힘 및 모멘트 계수는 비대칭적으로 발달한 측방제트에 큰 영향을 받았으며, 횡방향 힘 및 모멘트 계수는 -30°와 +30° 사이 뱅크각에서 최대로 변동하였다. 이에 반해 축방향 힘 계수는 측방제트에 영향을 받지 않았으며, 축방향 모멘트 계수는 마하수 변화에 대한 표본 부족으로 측방제트의 영향을 판단하기 어려웠다. 종합하면 측방제트가 종방향 및 횡방향 공력계수에 주요한 영향을 주어 유도무기 자세 변화를 일으킨다는 것을 확인하였다. Side-jets enable the immediate maneuver of a missile compared to control surfaces; however, they may cause adverse effects on aerodynamic coefficients, for they interfere with freestream. To find out the impact of side-jets on aerodynamic coefficients, we simulate side-jets as air gas and utilize multi-fidelity models to evaluate differences between aerodynamic coefficients obtained with and without side-jets. We computed differences in aerodynamic coefficients to investigate side-jet effects for the changes of a Mach number, a bank angle, and an angle of attack. As a result, asymmetrically developed side-jets affect the longitudinal force and moment coefficients, and the lateral force and moment coefficients drastically change in-between -30 and 30 degrees of bank angles. In contrast, side-jets hardly influence the axial force coefficients. As for the axial moment coefficient, we could not determine the side-jet effect due to a lack of aerodynamic coefficient samples in the Mach number. All in all, we confirm that side-jets lead to the change of a missile attitude as they considerably vary the longitudinal and lateral aerodynamic coefficients.