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비행 환경에 따른 극초음속 비행체의 구조 건전성에 관한 연구
강연철(Yeon Cheol Kang),김규빈(Gyubin Kim),김정호(Jeong Ho Kim),조진연(Jin Yeon Cho),김헌주(Heon Ju Kim) 한국항공우주학회 2019 韓國航空宇宙學會誌 Vol.47 No.10
극초음속 비행체의 경우 고속으로 이동하는 유체와 구조물 표면사이의 마찰에 의해 공력 가열현상이 발생하며, 이로 인해 구조물의 강성이 저하되고 열 변형이 발생하게 된다. 이러한 물리적인 현상들은 비행체의 열공탄성학적인 불안정성을 초래할 수 있으며, 이와 더불어 구조물의 열적 안전성 감소시킬 수 있다. 이에 본 연구에서는 비행고도/비행시간/마하수를 변화시켜가며 공력열탄 성학적 연계해석을 수행하고, 해석된 결과를 이용하여 구조물의 열적 안전성과 동적 안정성에 대해 고찰을 하였다. 구조물의 동적 안전성을 판별하기 위해 계산된 변위와 자동회귀이동평균 기법을 이용하였으며, 내열 안전성은 계산된 온도와 구조물의 녹는점을 비교를 통해 판별을 하였다. 이를 통해 극초음속 비행체의 구조 건전성을 확보하기 위한 설계 방향을 제시하였다. In hypersonic regime, the complicated interaction between the air and surface of aircraft results in intensive aerodynamic heating on body. Provided this phenomenon occurs on a hypersonic vehicle, the temperature of the body extremely increases. And consequently, thermal deformation is produced and material properties are degraded. Furthermore, those affect both the aerothermoelastic stability and thermal safety of structures significantly. With the background, thermal safety and dynamic stability are studied according to the altitude, flight time and Mach number. Based on the investigation, design guideline is suggested to guarantees the structural integrity of hypersonic vehicles in terms of both of thermal safety and dynamic stability.
오민환,조진연(Cho Jin Yeon) 한국산업응용수학회 2009 한국산업응용수학회 학술대회 논문집 Vol.4 No.2
본 연구에서는 최근 제안된 발췌점의 위치에 구애받지 않는 무요소 이동최소자승법을 설계 분야에서 널리 사용되는 반응면 기법과 결합하여 효율적인 무요소 반응면 기법을 제안하였다. 또한 제안된 기법의 타당성을 검증하기 위하여 개발된 프로그램 모듈을 이용하여 Six-Hump Camal Back 함수와 같은 전형적 함수에 대한 근사 최적화를 수행하고 제안된 기법의 타당성을 고찰하였다.
극초음속 비행체의 구조설계를 위한 공력 열하중 요소 개발
강연철(Yeon Cheol Kang),김규빈(Gyu Bin Kim),김정호(Jeong Ho Kim),조진연(Jin Yeon Cho),김헌주(Heon Ju Kim) 한국항공우주학회 2018 韓國航空宇宙學會誌 Vol.46 No.11
본 연구에서는 극초음속 비행체의 공력/열/탄성학적 거동을 반영할 수 있는 효율적인 공력 열하중 요소를 개발하였다. 빈번하게 설계 변경이 이루어지는 초기 설계 단계에서 효율적으로 사용될 수 있도록 준 해석적인 관계식을 적용하여 공력 하중과 열 하중을 구조 변형의 함수로 기술하고, 이를 기반으로 공력 열하중 요소를 정식화하였다. 정식화된 요소는 상용 프로그램의 사용자 서브루틴 형태로 구현하였으며, 이를 이용하여 극초음속 비행체 조종면의 공력/열/탄성학적 유한요소 연계해석을 수행하고 그 유용성을 확인하였다. An efficient aerodynamic thermal load element is developed to reflect the effect of coupled aero-thermo-elastic behaviors in the early design stage of hypersonic vehicle. To this aim, semi-analytic relationships depending on structural deformation are adopted for pressure and thermal load, and the element is formulated based on the relations. The proposed element is implemented in the form of ABAQUS user subroutine, and coupled finite element analysis is carried out to investigate the aero-thermo-elastic behaviors of control surface of hypersonic vehicle. Through the analysis, usefulness of the proposed aerodynamic thermal load element is identified.
PSO 알고리즘을 이용한 다중 하중 스펙트럼 하에서의 항공기 날개 구조부재의 최적 설계 연구
박국진(Kook Jin Park),박용진(Yong Jin Park),조진연(Jin Yeon Cho),박찬익(Chan Yik Park),김승조(Seung Jo Kim) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.11
본 논문에서는 항공기 날개의 최적설계 툴을 개발하고, 다중하중스펙트럼 조건에서 항공기 날개의 구조부재에 대한 최적설계를 수행하였다. 공력하중을 계산하기 위해 2차원 CFD의 해석 결과를 사용하였다. 최적화 설계 변수는 리브 및 스파의 개수 및 위치와 두께를 선정하였다. 각각의 비행유형에 대한 순항속도에서의 공력해석 결과로 응력해석을 수행한 후, 피로하중 스펙트럼 임무선도를 활용하여 피로파손해석을 수행하였다. 다중하중 조건의 적용을 위해 손상누적법을 적용하였다. 응력해석에 이은 파손 해석을 포함하는 항공기 날개의 경량화를 진행하였다. 다변수 문제를 효과적으로 최적화하기 위해 PSO(Particle Swarm Optimization) 알고리즘을 사용하였다. In this paper, development of optimal design tools for wing structure is described including multi load spectra condition and fatigue analysis. Two dimensional CFD result are used for calculating aerodynamic force. Design variables are composed of a number of rib and spar, positions, and thickness of each structural member. The mission profile for fatigue analysis is composed based upon the results of CFD analysis, the flight-by-flight spectra method, the excessive curves for gust loads. Minor’s rule was used to deal with multi-load condition. Stress analysis and fatigue analysis are performed to calculate objective functions. Particle Swarm Optimization(PSO) algorithm was used to apply to problems which have dozens of design variables.