고효율 EAV 프로펠러의 다분야 최적설계

Abstract

전기추진 비행체용 프로펠러의 고효율화를 위해 다분야 최적 설계를 수행하였다. 특히 주어진 RPM에 따른 추력은 일정하게 유지하되 토크를 감소시켜 공기역학적 효율 향상을 도모하였으며, 동시에 고속 회전으로 인한 구조적 안정성을 보장하기 위해 구조해석을 수행하여 구조적 안정성을 검증하였다. 설계와 해석의 정확도를 높이기 위하여 비압축성 Euler해석 기법의 CFD알고리즘과 유한요소기법에 바탕을 둔 CSD (Computational Structural Dynamics)기법을 적용시켰다. 공력 및 구조 해석 기법의 정확도를 검증하기 위하여 EAV의 운용조건에서 실험 블레이드의 풍동실험치와 비교되었다. 검증된 정확도를 바탕으로 토크감소를 위한 새 블레이드 형상 최적화가 수행되었다. 실험계획법, 크리깅 근사모델기법, 그리고 derivative-free기법의 multi-objective genetic algorithm(MOGA)이 사용되었다. 설계 변수로는 프로펠러 블레이드 반경방향으로 8개의 설계단면을 선정, 각 설계단면에서 비틀림 각과 끝 단 근처 3개 단면에서의 코드길이, 앞 전 위치를 설계 변수로 선정하였다. 최적화된 형상에 대한 공력 해석과 구조해석을 수행한 결과, 토크가 약 5% 감소하였으며 구조적 안정성은 잘 보장되었다.