파라미터 모델링을 이용한 항공기 날개의 다분야 설계최적화

Abstract

본 연구에서는 항공기 날개를 설계하기 위하여 공기역학과 구조해석을 통합한 다분야 설계최적화(MDO) 프레임웍을 구성하였다. 파라미터 모델링 기법을 사용하여 최적화 전 과정을 자동화하였다. 공력해석은 Fluent를 사용하였으며 이를 위한 격자는 CATIA의 파라미터 모델과 Gridgen을 사용하여 자동으로 생성되도록 하였다. 유한요소해석을 위한 격자는 MSC.Patran의 PCL 기능을 사용한 파라미터 방법으로 자동으로 생성되도록 하였다. 공력하중은 volume spline method를 사용하여 구조하중으로 변환시켰다. 최적화 방법은 전역해를 구하기 유리한 반응표면법을 사용하였다. 최적화 문제로 목적 함수는 날개의 무게의 최소화, 제약조건은 양항비와 날개의 변위로 정하였다. 그리고 종횡비, 테이퍼 비 및 후퇴각을 설계변수로 정의하였다. 최적화 시험 결과는 본 MDO 프레임웍이 성공적으로 구성되었음을 보여주었다. In this research, a MDO(multi-disciplinary design optimization) framework, which integrates aerodynamic and structural analysis to design an aircraft wing, is constructed. Whole optimization process is automated by a parametric-modeling approach. A CFD mesh is generated automatically from parametric modeling of CATIA and Gridgen followed by automatic flow analysis using Fluent. Finite element mesh is generated automatically by parametric method of MSC.Patran PCL. Aerodynamic load is transferred to Finite element model by the volume spline method. RSM(Response Surface Method) is applied for optimization, which helps to achieve global optimum. As the design problem to test the current MDO framework, a wing weight minimization with constraints of lift-drag ratio and deflection of the wing is selected. Aspect ratio, taper ratio and sweepback angle are defined as design variables. The optimization result demonstrates the successful construction of the MDO framework.