Development of a Coupled Panel / FVM Solver for Flow Analysis of 2-D Airfoil

박세환,이덕주 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

유한체적법은 수치적인 소산 및 확산으로 인한 오차를 줄이기 위해 많은 수의 격자와 고차의 스킴을 필요로 하며, 이로 인해 상당한 계산 시간 및 컴퓨팅 자원이 소요된다. 반면, 패널방법은 빠른 계산이 가능하지만, 점성 및 천음속 유동을 해석하는데 어려움이 있다. 본 연구는 패널과 유한체적법을 연계함으로서 작은 격자영역에서도 빠르고 정확한 해석이 가능한 해석기법을 개발하는데 목적을 두고 있다. 패널방법을 통해 구한 유도속도를 유한체적법의 경계조건으로 사용하였으며, 선형 포텐셜 방정식과 변환방법을 통해 패널방법에 압축성 효과를 보정하였다. 연계기법을 이용하여 아음속 압축성 및 천음속 유동 조건에서 격자영역의 크기를 줄여가며 해석을 수행하였고, 본 해석기법이 강건함을 확인할 수 있었다. FVM solvers need a large number of grids and high-order scheme to minimize dissipation and diffusion errors. This causes huge computing time and resources. Panel Method is very fast. However, it cannot simulate viscous flow and has difficulty in transonic flow analysis. The author aims to develop a coupled Panel/FVM solver with small grid domain size, which is fast and accurate. The Panel method was coupled with the FVM solver by providing induced velocity to a boundary condition. Additionally, a linearized potential equation and a transformation method were used to correct compressibility effect to the Panel method. Steady subsonic compressible and transonic flows were simulated respectively, and the coupling method was tested with reduction of grid domain size. The result proved the capability of the coupling method.

패널법을 이용한 임의의 3차원 BWB 형상 항공기에 대한 공력해석

이세욱(Sea-Wook Lee),양진열(Jin-Yeol Yang),조진수(Jin-Soo Cho) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.11

패널법(panel method)을 이용하여 포텐셜 유동조건에 있는 임의의 3차원 융합익기(Blended-Wing Body) 형상에 대해 정상/비정상 공력해석을 수행하였다. 본 연구 방법은 구간일정강도(piecewise constant strength) 용출(source) 및 중첩(doublet) 특이점(singularity)을 사용하고 Dirichlet 경계조건에 기초한 포텐셜 기저(potential based) 패널법과 물체고정좌표계의 각 방향에 대해 시간전진법(time-stepping method)을 결합한 방법이다. 본 프로그램은 임의의 3차원 BWB 형상 항공기의 공력해석을 빠르고 정확하게 수행할 수 있으며 BWB 항공기의 안정성을 위한 다양한 공력계수를 제공할 수 있다. 본 프로그램으로 3차원 정상/비정상 임의의 3차원 형상에 대하여 공력특성을 예측할 수 있어 BWB 항공기 설계단계, 비행 시뮬레이션과 같이 반복적 빠른 계산을 요구하는 실질적 응용에 크게 기여할 것이다. A panel method based on potential flow theory is developed for the steady/unsteady aerodynamic analysis of arbitrary three-dimensional Blended Wing Body aircraft. The panel method uses the piecewise constant source and doublet singularities as a solution. This potential based panel method is founded on the Dirichlet boundary condition and coupled with the time-stepping method. The present method uses the time-stepping loop to simulate the unsteady motion of the aircraft. The present method can solve the three-dimensional flow over the complex bodies with less computing time and provide various aerodynamic derivatives to secure the stability of Blended Wing Body aircraft. That will do much for practical applications such as aerodynamic designs and analysis of aircraft configurations and flight simulation.

B-Spline 기저 고차경계요소법에 의한 자유수면하의 2차원 물체주위 유동해석

유재문,김양익 대한조선학회 2002 大韓造船學會 論文集 Vol.39 No.1

A two-dimensional higher order panel method using B-splines has b e n developed to overcome the disadvantages of the low order panel method and to es are distributed o n b o t h t h e b o d y a n d t h e f r e s u r f a c e . I n s t e a d o f a p l y i n g t h e upwind finite difference schemes to satisfy the linearized fre surface and the radiation condition, the derivatives of the basis functions of the B-spli nes are directly B-spline을 이용하여 물체의 형상과 포텐셜을 표현함으로써, 저차경계요소법의 단점들을 극복하고 수치계산의 정도를 높이기 위한 고차 패널법을 개발하였다. 물체표면과 자유표면에 법선 다이폴과 쏘스를 분포시켰으며, 자유표면 및 방사조건을 만족시키기 위해 상류차분식을 사용하는 대적용함으로써 Dawson 방법에서 문제가 되었던 수치감쇠 문제를 피할 수 있었다.수치계산 프로그램을 검증하기 위해 2차원 원주주위의 유동계산과 날개면 주위의 유동해석을 수행하였으며, B-spline 기저 고차패널법에 의한 수치계산 결과가 저차패널법에 비해 빠른 수렴성과 정확성을 보였고 계산에 필요한 패널 수가 현저히 줄어드는 대단히 만족스러운 결과를 얻었다.

자유수면을 관통하는 거위목 벌브를 가진 선박 주위의 포텐셜 유동해석

최희종(Hee-Jong Choi),박일흠(Il-Heum Park),김종규(Jong-Kyu Kim),김옥삼(Ok-Sam Kim),전호환(Ho-Hwan Chun) 한국해양공학회 2011 韓國海洋工學會誌 Vol.25 No.4

The Ranking source panel method was used to predict the flow phenomenon of a ship with a goose-neck type bulbous bow penetrating the free surface. The non-linearity of the free surface boundary condition was fully satisfied using an iterative calculation method, and the raised panel method was adopted to obtain a more stable solution at each iteration step. The panel cutting method was applied to generate a hull calculation grid at each iteration step, including the first step. At that time, the nose of the goose-neck type bulbous bow was divided by the free surface and the free surface panel was modified at each iteration step using the variable free surface panel method. Numerical calculations were performed to investigate the validity and efficiency of the applied numerical algorithm using the 3600 TEU container carrier. The computed wave resistance coefficients were compared with the experimentally achieved residual resistance coefficients.

고속 Ro-Pax선형의 조파저항성능 향상을 위한 최적 선형설계에 관한 연구

박동우(Dong-Woo Park),최희종(Hee-Jong Choi) 한국항해항만학회 2012 한국항해항만학회지 Vol.36 No.10

최적화기법과 선형변환 자동화기법을 도입하여 고속 중형 Ro-Pax선박의 조파저항성능을 향상시킬 수 있는 선형설계방법에 대하여 연구하였다. 최적화기법으로는 SQP(sequential quadratic programming)을 적용하였으며, 선형변환 자동화기법으로는 NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline)기법을 적용하였다. 목적함수인 선박의 조파저항성능을 예측하기 위하여 비선형 자유수면 경계조건과 선체의 침하량을 고려한 비점성 유동 해석 기법인 패널법을 적용하였다. 기준선형에 대하여 선형최적화를 수행하였으며 그 결과로 도출된 최적선형에 대하여 모형선을 제작하여 모형시험을 수행하였다. 기준선형과 최적선형에 대한 수치해석을 수행하여 얻은 결과와 최적선형에 대한 모형시험을 수행하여 얻은 결과를 서로 비교하였다. A hull form design technique to enhance the wave-making resistance performance for a medium size high speed Ro-Pax ship was studied introducing an optimization method and an automatic hull form modification method. SQP(sequential quadratic programming) was applied as the optimization algorithm and the geometry of hull surface was represented and modified using the NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline). The wave-making resistance performance as an objective function in the optimization procedure was evaluated using the Rankine source panel method in which nonlinearity of the free surface boundary conditions and the trim and sinkage of the ship was fully taken into account. Using the Ro-Pax ship as a base hull, the hull-form optimization method was applied to obtain the hull shape that produced the lower wave-making resistance. To verify the validity of the hull-form optimization method, the numerical results was compared with the model test results.

고 아음속 터빈 캐스케이드 유동 해석을 위한 패널법의 압축성 보정

김학봉(Hark-Bong Kim),김진곤(Jin Kon Kim),곽재수(Jae Su Kwak),강정식(Jeong-Seek Kang) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회지 Vol.12 No.1

Flow analysis in a turbine cascade by Euler or Navier-Stokes equation gives relatively accurate solution, however, those method require large computer memory or computing time. On contrast, the panel method, which is applied to incompressible and inviscid flow, provides fast and reasonal solution but the compressibility correction is required for a high air velocity case. In this paper, the compressibility corrected panel method was applied in order to find velocity distribution on turbine blades. Results showed that the calculated velocity in a turbine cascade by the compressibility corrected panel method gave good agreement with the solution by finite volume method for compressible flow.

리츠 법을 이용한 열방어 시스템 패널의 열 좌굴 특성 연구

이희수,김용하,박정선 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회지 Vol.13 No.1

초고속 비행체는 발사 및 재진입 시 공력 가열에 의해 높은 열 하중을 받는다. 초고속 비행체의 외피 구조물인 열방어 시스템 패널은 기계적으로 구속되어 있기 때문에 고온 가열 시 열 좌굴이 발생할 수도 있다. 이는 초고속 비행체의 유동장에 변화를 주어 공력특성을 불안정하게 한다. 따라서 열방어 시스템 패널은 초고속 비행에 의한 공력가열 시 비행안정성을 유지하기 위해 열 좌굴을 방지하도록 설계되어야 한다. 본 논문에서는 운용 시 안팎에 큰 온도차가 존재하는 열방어 시스템 패널에 대해 유한차분법을 사용하여 열전달 특성을 분석하였으며, 리츠 법을 사용하여 열 좌굴 특성에 대한 근사적 모델을 제안하였다. 또한 정의된 근사적 모델의 정확도를 검증하기 위해 유한요소 해석결과와 비교하였다. 마지막으로, 수립된 근사 기법을 바탕으로 열방어 시스템 패널의 좌굴 발생 온도에 대한 매개변수 분석을 수행하였다. High speed vehicles are subjected to high thermal loadings due to aerodynamic heating during ascent and reentry. Since a thermal protection system panel is mechanically constrained, it may cause thermal buckling under excessive thermal loadings. The thermal buckling could disturb the field of flow and make aerodynamic characteristics unstable. It is thus necessary to design the thermal protection system panel to prevent thermal buckling. This study defines the analytical model of temperature distribution using the finite difference method for the thermal protection system panel with large temperature differences inside and outside. This paper proposes the approximate model of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel through the use of the Ritz method. The validity of the present method was verified by comparing the results of the finite element analysis. Furthermore, this research performs the parametric analysis of the thermal buckling characteristics for the thermal protection system panel by using the approximate model.

샌드위치 패널의 폴리스티렌폼(EPS) 난연화에 관한 연구

문종욱(Moon, Jong-Wook),채창우(Chae, Chang-U) 대한건축학회 2021 대한건축학회논문집 Vol.37 No.1

In buildings constructed with sandwich panels, when a fire occurs, fire spreads and toxic gases are generated in a short time, increasing valuable life and property damage. Therefore, in this study, EPS sandwich panels are the most widely used among sandwich panels produced in Korea. I wanted to present it. In this study, in order to improve the residential environment by increasing the flame retardant performance of the sandwich panel, which is expected to seriously damage human life in case of fire, the following conclusions were drawn. 1) As a result of analyzing the fire characteristics of the sandwich panel by KSF 2271, the flame retardant EPS sandwich panel showed the result value that satisfies the flame retardant performance grade standard due to the flame retardant coating treatment of the core material. 2) The flame-retardant method of EPS panels can be said to be practically highly applicable to the field and high development potential according to the manufacturing method of modified water glass as a coating material and the mixing ratio of the material.

파수영역 유한요소/경계요소법을 이용한 압출 패널의 고주파수대역 음향투과손실 해석

김형준(H. Kim),유정수(J. Ryue) 한국소음진동공학회 2016 한국소음진동공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.4

The extruded panels are widely used for large structures. Therefore, to predict the acoustic performance of the structures, it is essential to understand the vibro-acoustic behaviour of extruded panel. The sound transmission loss is important vibro-acoustic feature of extruded panels that is investigated in this study. The numerical method which is called the wavenumber domain finite element and boundary element methods is applied in this study because the conventional finite element and boundary element methods are not efficient to predict the acoustic performance at high frequencies. This numerical method is suitable for analysis at high frequencies because this method gives faster calculation time than conventional numerical method. The results of numerical method are validated with measurement.

국소 표면 경사법을 이용한 빠른 공력해석용 극초음속 비구조격자 패널코드 개발

이민술(Minsul Lee),김형진(Hyoungjin Kim) 한국추진공학회 2019 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2019 No.11

복잡한 형상을 갖는 극초음속 비행체의 빠르고 편리한 공력해석을 위한 비구조 표면격자 기반 극초음속 패널코드를 개발했다. 압력 계산을 위해 국소 표면 경사법 기반의 modified Newtonian 및 Prandtl-Meyer 팽창파 기법을 이용한다. 제어 핀 각도에 따른 공력계수를 계산할 수 있도록 핀 각도조절 모듈을 추가했다. 다양한 유동조건에서 X-51A 형상에 대해 패널 코드 결과와 3차원 비점성CFD 결과를 비교하여 잘 일치하는 결과를 얻었다. 계산 시간은 약 3만개 케이스에 대해 350초 정도가 소요되었다. 향후 마찰항력 계산에 적용하기 위해 비행체 표면에서의 유선추적기법을 구축하였다. An unstructured panel code was developed for rapid and convenient aerodynamic simulation of complex configurations of hypersonic vehicles. The panel code is based on local surface inclination method. The modified Newtonian method is used on compression surfaces, and the Prandtl Meyer expansion method is used on expansion surfaces for surface pressure calculation. Effects of Mach number, angle of attack, side slip angle and fin deflection angle on aerodynamic coefficients can be simulated. The results of the panel code compares well with 3-D inviscid CFD results for X51-A configuration in various flow conditions. For about 30,000 cases, aerodynamic coefficients can be calculated in 350 seconds. Streamline tracing method is also implemented for later use in skin friction calculation.