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차원축소모델을 활용한 시간에 따른 착빙 형상 예측 연구
강유업(Yu-Eop Kang),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2022 韓國航空宇宙學會誌 Vol.50 No.3
항공기 및 철도차량 운용 중 발생하는 착빙 및 착설 현상은 공력 성능 감소와 주요 부품의 파손을 야기하기 때문에 시간에 따른 얼음 증식을 예측하는 것이 운용 안전 측면에서 매우 중요하다. 결빙수치해석은 실험적 방법에 비해 경제적으로 저렴하고 상사성 문제로부터 자유롭다는 점에서 결빙 형상을 예측하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 그러나 결빙수치해석은 착빙노출시간을 multi-step으로 나누어 매 단계별로 정상상태를 가정하는 준정상상태(quasi-steady) 가정을 이용한다. 이러한 방법은 효율적인 해석이 가능하지만 연속적인 결빙 형상을 얻지 못한다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 차원축소기법을 활용하여 결빙 형상 데이터를 보간함으로써 시간에 따른 결빙 형상을 연속적으로 예측할 수 있는 모델을 만드는 것을 목적으로 한다. 서로 다른 100개의 결빙 조건에서 형성된 결빙 데이터에 대하여 차원축소모델을 적용하였으며, 학습 데이터의 수와 결빙 조건이 차원축소모델의 예측 오차에 미치는 영향을 분석하였다. The accumulated ice and snow during the operation of aircraft and railway vehicles can degrade aerodynamic performance or damage the major components of vehicles. Therefore, it is crucial to predict the temporal growth of ice for operational safety. Numerical simulation of ice is widely used owing to the fact that it is economically cheaper and free from similarity problems compared to experimental methods. However, numerical simulation of ice generally divides the analysis into multi-step and assumes the quasi-steady assumption that considers every time step as steady state. Although this method enables efficient analysis, it has a disadvantage in that it cannot track continuous ice evolution. The purpose of this study is to construct a surrogate model that can predict the temporal evolution of ice shape using reduced-order modeling. Reduced-order modeling technique was validated for various ice shape generated under 100 different icing conditions, and the effect of the number of training data and the icing conditions on the prediction error of model was analyzed.
저속 결빙조건이 표면 조도 형성에 미치는 영향에 관한 실험적 연구
강유업(Yu-Eop Kang),민승인(Seungin Min),김태성(Taeseong Kim),이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2020 韓國航空宇宙學會誌 Vol.48 No.2
항공기 결빙 분야에서 표면 조도는 대류 열전달을 강화하고 국소 액적 부착률(Local Collection Efficiency)을 변화시킨다는 점에서 매우 중요한 요소로 받아들여지고 있다. 이에 따라 최근 결빙실험 분야에서는 표면 조도 형성과정 데이터를 획득하기 위한 노력이 진행되고 있다. 한편, 이러한 실험은 데이터 측정의 어려움으로 인해 주로 저속 결빙조건에서 수행되고 있다. 그러나 저속조건이 표면 조도의 최종 형상에 미치는 영향은 아직 거의 알려진 바가 없다. 본 연구는 저속 결빙조건에서 실험을 수행하고, 획득한 표면 조도 데이터와 결빙조건과의 연관성을 분석하였다. 분석 방법으로는 기존 고속조건 실험에 활용되는 지배 파라미터를 이용하였으며, 표면 조도의 경향성을 기존 고속 실험 결과와 비교하였다. 표면 조도 크기는 기존에 알려진 경향성과 잘 일치했지만, smooth zone 폭은 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었다. In the field of aircraft icing prediction, surface roughness has been considered as critical factor because it enhances convective heat transfer and changes local collection efficiency. For this significance, experimental studies have been conducted to acquire the quantitative data of the formation process. Meanwhile, these experiments was conducted under low-speed condition due to the measurement difficulties. However, it has not been investigated that how the flow characteristic of low-speed will effects to the surface roughness. Therefore, the present study conducted experiment under low-speed icing condition, and analyzed the relation between surface roughness characteristics and icing condition. As an analysis method, the dominant parameters used in the previous high-speed experiments are employed, and roughness characteristics are compared. The size of roughness element was consistent with the previous known tendency, but not the smooth zone width.