항공기 공력특성 예측을 위한 Navier-Stokes 방정식 기반의 정적 유체-구조 연계 해석 시스템

Abstract

최근 구조변형을 고려한 항공기의 공력특성을 계산하는데 필요한 CFD와 CSD 기법이 연계된 FSI 시스템에 관한 관심이 증대하고 있다. 본 연구에서는 유체유발 구조 변형을 고려한 수렴된 구조형상에 대한 공력특성 예측을 위해 유체-구조 연계 시스템인 FSI(Fluid- Structure Interaction)를 구축하였다. 각 모듈의 연계, 특히 CSD와 CFD의 결합 및 변형된 형상에 대한 공력격자 재생성을 위해 VSI(Volume Spline Interpolation)와 격자 변형 코드를 개발하였으며, 공력과 구조의 해석 모듈로 상용 프로그램인 FLUENT와 NASTRAN을 사용하였다. 구축된 시스템을 DLR-F4 날개에 적용하여 정적 유체-구조 연구를 수행하였으며, 그 결과 마하수 0.75에서 변형된 형상에 대한 양력 및 항력 계수는 약 20.26%, 18.5% 감소하는 것으로 나타났다. Recently there are growing interests in calculating aerodynamic characteristics of aircraft configurations with structural deformation using the FSI(Fluid-Structure Interaction) system in which CFD(Computational Fluid Dynamics) and CSD(Computational Structure Dynamics) modules are coupled. In this paper the FSI system comprised of CAD, CFD, CSD, VSI(Volume Spline Interpolation) and grid deformation modules was constructed in order to investigate aerodynamic characteristics of the deformed shape. In the process VSI and grid generation modules are developed to combine CSD and CFD routines and to regenerate the aerodynamic grids for the deformed shape, respectively. For the CFD and CSD analysis, commercial programs FLUENT and NASTRAN were used. As a test model, DLR-F4 wing configuration was chosen and its aerodynamic characteristics were calculated by applying the static FSI system. It was shown that lift and drag coefficients of the wing at mach number 0.75 are reduced to 20.26% and 18.5%, respectively, owing to the structural deformation.