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MATLAB 기반 통합 공탄성 해석 프로그램 개발에 관한 연구

Study on Development of an Integrated Matlab-Based Aeroelasticity Analysis Program

노홍기 (Rho Honggi, 한국항공대학교)

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본 연구에서 개발한 프로그램은 Fortran 및 C 언어로 독립적으로 개발 구성된 기존의 공탄성 해석 프로그램을 MATLAB 프로그래밍 언어로 재해석하고 새롭게 개발한 모듈들을 추가, 통합하여 하나의 큰 틀에서 연계적인 해석이 가능한 통합 공탄성 해석 프로그램이다. 기존의 공탄성 해석 코드와 MSC.Nastran, ZAERO와 같은 상용 해석 프로그램은 각 해석 모듈마다 인풋 파일을 따로 작성하고 전문적 지식과 사용법 숙지가 요구되는 등 사용자가 접근하기 힘들며, 여러 해석방법을 사용함에 있어 불편함을 가지고 있다. 따라서, 이...
본 연구에서 개발한 프로그램은 Fortran 및 C 언어로 독립적으로 개발 구성된 기존의 공탄성 해석 프로그램을 MATLAB 프로그래밍 언어로 재해석하고 새롭게 개발한 모듈들을 추가, 통합하여 하나의 큰 틀에서 연계적인 해석이 가능한 통합 공탄성 해석 프로그램이다. 기존의 공탄성 해석 코드와 MSC.Nastran, ZAERO와 같은 상용 해석 프로그램은 각 해석 모듈마다 인풋 파일을 따로 작성하고 전문적 지식과 사용법 숙지가 요구되는 등 사용자가 접근하기 힘들며, 여러 해석방법을 사용함에 있어 불편함을 가지고 있다. 따라서, 이러한 불편함을 줄이기 위해 MATLAB의 그래픽적인 장점인 GUI 기능을 추가하여 공탄성 해석과 그 결과 확인을 한 번의 과정을 통하여 수행할 수 있도록 설계하였다. 본 프로그램을 사용하기 위해서는 해석하고자 하는 FEM 모델의 MSC/NX NASTRAN 자유진동해석이 선행되어야 하며 공탄성 해석을 위한 하나의 인풋 파일 작성이 요구된다. 프로그램은 자유진동해석 결과 파일을 자동적으로 읽어 들이는 Modal Data Importer 모듈과 FEM격자와 공기력계산 격자 간 수치보간 기법인 Spline 모듈이 내장되어 있으며 공기력 계산에 DHM, DPM, Piston Theory 모듈이 있다. 플러터 해석에서는 모델에는 V-g Method, P-K Method, Root-Locus Method, Time Integration Method, 공기력 근사화에 Karpel’s MSA 모듈이 있다. 조종면의 동강성을 고려한 가상질량법 적용 모델의 플러터 해석에서는 Iterative V-g Method, Root-Locus Method for Dynamic Stiffness 모듈이 있다. 또한 해석 결과들을 따로 저장하여 다시 불러들여 결과의 그래프나 3차원 형상 등을 확인할 수 있는 추가적 기능의 모듈들이 포함되어 있다. 또한 본 프로그램의 해석 결과를 기존 상용 프로그램의 해석 결과와 비교하여 해석의 정확성을 검증하였다.
목차 moremore
제 1 장 서 론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. 연구동향 2
...
제 1 장 서 론 1
1.1. 연구배경 1
1.2. 연구동향 2
1.2.1. 주파수 영역에서의 공탄성 해석 사례 2
1.2.2. 시간 영역에서의 공탄성 해석 사례 5
1.2.3. 구동장치의 동강성을 고려한 공탄성 해석 사례 8
1.2.4. 기 개발된 통합 공탄성 해석 프로그램 8
1.3. 연구목적 11

제 2 장 공력탄성학 이론 12
2.1. 비정상 공기력 계산 12
2.1.1. Doublet Hybrid Method 12
2.1.2. Doublet Point Method 18
2.1.3. Piston Theory 24
2.2. 공탄성 모델링 32
2.2.1. 비선형 공탄성 방정식 32
2.2.2. 구조 선형 공탄성 방정식 32
2.2.3. 가상질량법을 이용한 모드 접근법 34
2.3. 공탄성 해석 방법 36
2.3.1. V-g 방법 36
2.3.2. P-k 방법 37
2.3.3. 시간 적분법 40
2.3.4. 근 궤적법 41
2.4. 구동장치의 동강성을 고려한 공탄성 해석 방법 43
2.4.1. 반복 V-g 방법 44
2.4.2. 근 궤적법 47

제 3 장 프로그램 구성 50
3.1. KAU/MatFlutter 프로그램 구성 50
3.1.1. MATLAB GUI를 활용한 메뉴 구성 50
3.1.2. 프로그램 데이터 프로세스 구조 51
3.1.3. 프로그램 시스템 구성 53
3.1.4. 프로그램 병렬화 55
3.2. KAU/MatFlutter 프로그램 검증 56
3.2.1. 비행궤적에 따른 밀도, 음속 자동입력 DB 개발 56
3.2.2. V-g 방법 플러터 해석 검증 59
3.2.3. p-k 방법 플러터 해석 검증 63
3.2.4. 시간적분법 공탄성 응답 확인 64
3.2.5. 근 궤적법 플러터 해석 검증 66
3.2.6. 반복 V-g 방법 플러터 해석 검증 68
3.2.7. Root-Locus for D.S. 방법 플러터 해석 검증 71
3.2.8. 동체를 고려한 공탄성 해석 72

제 4 장 결론 78

참고문헌 79