KR101612506B1 - System and method for Aircraft areodynamic analysis using CFD - Google Patents

System and method for Aircraft areodynamic analysis using CFD Download PDF

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KR101612506B1
KR101612506B1 KR1020140142467A KR20140142467A KR101612506B1 KR 101612506 B1 KR101612506 B1 KR 101612506B1 KR 1020140142467 A KR1020140142467 A KR 1020140142467A KR 20140142467 A KR20140142467 A KR 20140142467A KR 101612506 B1 KR101612506 B1 KR 101612506B1
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aerodynamic analysis
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computational fluid
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신훈범
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한국항공우주산업 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an aerodynamic aircraft analysis system and method using computational fluid dynamics (CFD) based on an open source. More particularly, the present invention relates to an aerodynamic aircraft analysis system using CFD based on an open source which provides a graphic user interface (GUI) so that aerodynamic analysis outside an aircraft is performed using the open source. The system comprises: a pre-processing unit (100) which performs space partition in a grid or mesh form so that a micro volume on an aircraft surface and space is obtained using a provided open source; an aerodynamic solver unit (200) which analyzes aerodynamics generated outside an aircraft using CFD based on the provided open source; and a post-processing unit (300) which processes aerodynamic analysis data received from the aerodynamic solver unit (200) using the provided open source.

Description

전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법 {System and method for Aircraft areodynamic analysis using CFD}Technical Field [0001] The present invention relates to an aircraft aerodynamic analysis system and method using computational fluid dynamics,

본 발명은 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 오픈 소스(Open Foam) 기반의 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 상용 프로그램의 이용에 의한 비용 한계를 극복하고 관리자(사용자)에 맞는 항공기 공력해석 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an aircraft aerodynamic analysis system and method using an open source based computational fluid dynamics, and more particularly, to a system and method for analyzing an aerodynamic aerodynamic force using an open source (Open Foam) based computational fluid dynamics (CFD) The present invention relates to an aircraft aerodynamic analysis system and method using an open source based computational fluid dynamics capable of overcoming a cost limitation due to the use of an aircraft and providing an aircraft aerodynamic analysis system and method suitable for an administrator (user).

지난 20여 년간 국내에서는 많은 항공기 개발과제가 수행되어져 왔다. T-50 개발 이후에도 수리온, KC-100, 중형민항기 탐색개발 등과 같은 과제들이 짧은 시간 내에 수행되었으며, 향후 여러 개발 예상과제들이 기대되고 있는 현실이다.Over the past 20 years, many aircraft development tasks have been carried out in Korea. After the development of the T-50, challenges such as the development of the Suronon, KC-100, and mid-range civilian navigation were carried out within a short time, and future developments are expected.

여러 항공기 개발기간 수행되는 공력해석 부분에서도 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)의 활용도가 급증하고 있는 현실이다.Computational Fluid Dynamics (CFD) is increasingly used in the aerodynamic analysis part of several aircraft development periods.

최근, 한국항공우주산업(KAI) 내에서도 전산유체해석 분야의 성장이 두드러지고 있다. CFD 활용률 측면에서 서버계산시간을 분석하면, 5여년 전보다 약 600 이상 급증하였으며, 1개 문제당 계산시간도 약 200% 증가하여 문제의 대형화도 동시에 진행된 것을 확인할 수 있었다. 상용 프로그램에 대한 의존도가 높은 산업체 특성상 비용 증가문제에 대한 고민도 커질 수 밖에 없는 상황이다.Recently, the field of computational fluid analysis has become prominent even in Korea Aerospace Industries (KAI). Analysis of server computation time in terms of utilization rate of CFD showed that it increased by about 600 more than 5 years ago and that the computation time per problem increased about 200% Due to the nature of the industry, which relies heavily on commercial programs, there is a growing concern about the cost increase problem.

계산서버 및 해석작 증가보다 상용 프로그램의 비용부분이 향후 10여년간 급격히 증가할 것으로 예측되며, 이러한 상용 프로그램의 대안으로서 In-house 코드의 경우, 적용 분야에 따라 적절한 수치모델을 적용한 공력해석(solver)를 개발할 수 있기 때문에 정확도 향상측면에서 유리할 수 있으며, 개발자에 의한 수정이 용이한 이점을 가지고 있다.It is expected that the cost portion of commercial programs will increase more rapidly than the increase of calculation server and interpretation work in the next 10 years. As an alternative to this commercial program, in case of in-house code, an aerodynamic analysis solver, It can be advantageous in terms of improving the accuracy and has an advantage of being easily modified by the developer.

허나, 산업현장에서 CFD 엔지니어가 사용하기에는 In-house 코드의 적응성 및 편리성 부분에서 이점이 떨어지는 단점이 있다.
However, there is a disadvantage in that the advantages of the in-house code in the adaptability and convenience of the CFD engineer for industrial use are reduced.

다시 말하자면, 일반 산업체의 CFD 엔지니어들의 경우, 복합한 형상을 짧은 시간 내에 해석 완료할 수 있는 상용 프로그램에 대한 의존도가 높은 현실이며, 이러한 상용 프로그램의 경우, 안정성, 높은 병렬성능 및 사용자 편의성 등과 같은 이점이 있지만, 신속한 해석을 위해서는 많은 비용이 발생하는 단점이 있다.In other words, CFD engineers in general industry are highly dependent on commercially available programs that can complete complex geometries in a short time. In these commercial programs, advantages such as stability, high parallel performance and user friendliness However, there is a disadvantage that a lot of costs are incurred for quick analysis.

또한, 범용성을 특징으로 하는 상용 프로그램은 사용자 환경에 맞는 맞춤형 개발에 한계를 가지는 단점이 있으며,In addition, commercial programs featuring general versatility have a disadvantage in that they are limited in customized development suited to the user environment,

외재적 시간적분법으로 인해 상대적으로 해석소요시간을 증가하고 복잡한 항공기 표면형상으로부터 격자생성까지 일련의 전처리 작업의 소요시간 증가 및 비효율성 뿐 만 아니라, 대용량의 후처리 반복작업으로 인해 비효율적 작업 순서 및 오류 발생 증가의 문제점이 있다.
Due to the external temporal integration method, the time required for analysis is relatively increased. In addition to the increase in time and inefficiency of a series of preprocessing operations from complicated aircraft surface geometry to the generation of grids, inefficient work order and errors There is a problem of increase in generation.

이에 따라, 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법은 단기간에 일정수준의 계산 결과를 도출할 수 있으며, 소스 코드 수정이 용이한 오픈 소스 코드 기반 자체 맞춤형 CFD를 이용한 공력해석 시스템 및 방법에 관한 것이다.
Accordingly, the system and method for analyzing aircraft aerodynamic force using the open-source computational fluid dynamics of the present invention can derive a certain level of calculation results in a short period of time, To an aerodynamic analysis system and method.

국내 등록 특허 제10-0993297호("CATIA를 이용한 패널 코드 전처리 방법", 이하 선행문헌 1)에서는 비행체 공력 해석 프로그램인 패널 코드를 사용하여 데이터를 해석함에 있어서 데이터의 전처리 단계를 줄여 수행 과정의 효율을 높임으로써 데이터 해석을 보다 용이하고 빠르게 이루어지도록 하는 CATIA를 이용한 패널 코드 전처리 방법을 개시하고 있다.
In Korean Patent No. 10-0993297 ("Method of preprocessing panel code using CATIA ", hereinafter referred to as Prior Art 1), in interpreting data by using a panel code as a flight aerodynamic analysis program, data pre- The panel code preprocessing method using CATIA which makes data interpretation easier and quicker.

국내등록특허 제10-0993297호 (등록일자 2010.11.03.)Korean Registered Patent No. 10-0993297 (registered on Nov. 23, 2010)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 오픈 소스(Open Foam) 기반의 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 상용 프로그램의 이용에 의한 비용 한계를 극복하고 관리자(사용자)에 맞는 항공기 공력해석 시스템 및 방법을 제공할 수 있는 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the problems of the conventional art as described above, and it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for using a CFD (Computational Fluid Dynamics) The present invention provides an aircraft aerodynamic analysis system and method using an open source based computational fluid dynamics capable of overcoming cost limitations by an operator and providing an aircraft aerodynamic analysis system and method suitable for an administrator (user).

본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템은, 제공되는 오픈 소스(Open Foam)를 이용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템에 있어서, 제공되는 오픈 소스를 이용하여, 항공기 표면 및 공간 상의 미소 체적을 가지도록 격자(grid) 또는 그물(mesh) 형상으로 공간 분할을 수행하는 전처리부(100), 제공되는 오픈 소스를 기반으로 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 항공기의 외부에 발생하는 공력을 해석하는 공력해석(solver)부(200) 및 제공되는 오픈 소스를 이용하여, 상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 처리하는 후처리부(300)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The airborne aerodynamic analysis system using an open source based computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention provides a GUI (Graphic User Interface) to perform an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open Foam) In an aircraft aerodynamic analysis system using an open source based computational fluid dynamics, space division is performed in the form of a grid or a mesh so as to have a small volume on the surface and space of the aircraft using the open source provided A preprocessing unit 100, an aerodynamic solver unit 200 for analyzing an aerodynamic force generated on the outside of the aircraft using computational fluid dynamics (CFD) based on the open source provided, And a post-processing unit (300) for processing the aerodynamic analysis data transmitted from the aerodynamic analysis unit (200) using a source All.

더 나아가, 상기 전처리부(100)는 계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수를 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고, 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행하는 것을 특징으로 한다.Further, the preprocessing unit 100 inputs the size of the calculation area, the grid size around the aircraft, the height and number of the boundary layer as input variables of the open source, generates a hexahedral grid around the aircraft, Is converted into a polyhedron by matching the shape of the aircraft with the shape of the aircraft, and the boundary-side lattice is generated to perform spatial division.

또한, 상기 공력해석부(200)는 경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각(AOA, Angle of Attack)의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 내재적 시간적분법 및 난류 모델 분석을 통해 항공기의 외부에 발생하는 공력을 해석하는 것을 특징으로 하며,Also, the aerodynamic analysis unit 200 inputs the type of the boundary surface, the range of machinability, the range of the angle of attack (AOA), the pressure and the temperature of the far boundary as input variables of the open source, And the analysis of the aerodynamic force generated on the outside of the aircraft through the intrinsic time integration method and the turbulence model analysis.

상기 후처리부(300)는 상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 및 공력계수인 양력계수(CL, Lift Coefficient), 항력계수(CD, Drag Coefficient), 모멘트계수(CM, Moment Coefficient)를 추출하고 출력하는 것을 특징으로 한다.
The post-processing unit 300 inputs the aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis unit 200 as input variables of the open source to be provided. The post-processing unit 300 receives the aerodynamic force data CL, (Lift Coefficient), a drag coefficient (CD), and a moment coefficient (CM).

본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법은, 제공되는 오픈 소스(Open Foam)를 이용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법에 있어서, 제공되는 오픈 소스를 이용하여, 항공기 표면 및 공간 상의 미소 체적을 가지도록 격자(grid) 또는 그물(mesh) 형상으로 공간 분할을 수행하는 전처리 단계(S100), 제공되는 오픈 소스를 기반으로 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 항공기 외부에 발생하는 공력을 해석하는 공력해석 단계(S200) 및 제공되는 오픈 소스를 이용하여, 상기 공력해석 단계(S200)에 의한 공력 해석 데이터를 전달받아 그래프 또는 그래픽 형상의 데이터로 처리하여 제공하는 후처리 단계(S300)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.A method of analyzing an aerodynamic aerodynamic force using computational fluid dynamics based on open source according to an embodiment of the present invention provides a graphical user interface (GUI) for performing an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open Foam) A method of analyzing an aerodynamic aerodynamic force using an open source based computational fluid dynamics, the method comprising: performing spatial division in a grid or mesh shape so as to have a small volume on the surface and space of an aircraft using the open source provided; A preprocessing step (S100), an aerodynamic analysis step (S200) for analyzing an aerodynamic force generated on the outside of the aircraft using CFD (Computational Fluid Dynamics) based on the open source provided, , Aerodynamic analysis data by the aerodynamic analysis step (S200) is received and processed as data of graph or graphic form, It characterized by comprising the step (S300).

이 때, 상기 전처리 단계(S100)는 계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수를 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고, 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행하는 것을 특징으로 하며,In this case, the preprocessing step S100 inputs the size of the calculation area, the grid size around the aircraft, the height and number of the boundary layer as input variables of the open source to be input, generates a hexahedral grid around the aircraft, Is converted into a polyhedron by matching the shape of the airplane with the shape of the aircraft, and space division is performed by generating the boundary-side lattice,

상기 공력해석 단계(S200)는 경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각(AOA, Angle of Attack)의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 내재적 시간적분법 및 난류 모델 분석을 통해 항공기의 외부에 발생하는 공력을 해석하는 것을 특징으로 한다.The aerodynamic analysis step S200 inputs the type of the boundary surface, the range of Mach number, the range of the angle of attack (AOA), the pressure and the temperature of the far boundary as input variables of the open source, It is characterized by analyzing the aerodynamic force generated on the outside of the aircraft through integration method and turbulence model analysis.

더불어, 상기 후처리 단계(S300)는 상기 공력해석 단계(S200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 및 공력계수인 양력계수(CL, Lift Coefficient), 항력계수(CD, Drag Coefficient), 모멘트계수(CM, Moment Coefficient)를 추출하고 출력하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the post-processing step (S300) inputs the aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis step (S200) as input variables of the open source to be provided. The force and moment at the aircraft and each interface and the lift coefficient (CL), a lift coefficient (CD), a moment coefficient (CM) and a moment coefficient (CM).

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체가 제공되는 것을 특징으로 한다.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a computer-readable recording medium storing a program for implementing an aerodynamic aerodynamic analysis method using the open-source based computational fluid dynamics.

또한, 본 발명의 또다른 일 실시예에 따르면, 상기 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 구현하기 위한 명령어로 작성된 컴퓨터 프로그램이 제공되는 것을 특징으로 한다.
According to another embodiment of the present invention, there is provided a computer program created by a command for implementing an aircraft aerodynamic analysis method using the open-source based computational fluid dynamics.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법은 오픈 소스(Open Foam) 기반의 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 상용 프로그램의 이용에 의한 비용 한계를 극복하고 관리자(사용자)에 맞는 항공기 공력해석 시스템 및 방법을 제공함으로써,The system and method for analyzing aircraft aerodynamic force using the open-source computational fluid dynamics of the present invention having the above-described structure can be implemented by using an Open Foam-based computational fluid dynamics (CFD) By overcoming the cost limit by use and providing an aircraft aerodynamic analysis system and method suitable for an administrator (user)

LU-SHS 수치모델을 적용한 내재적 방법의 공력해석(솔버, solver), 천이모델을 포함한 다양한 난류 모델 사용기능, 현상 사용요구도를 반영한 그래픽 유저 인터페이스(GUI, Graphic User Interface), 해석업무 소요시간 단출을 위한 맞춤형 격자자동화 기능 최적화 및 이를 위한 그래픽 유저 인터페이스 개발, 사용자 맞춤형 후처리 기능을 개발하여 시스템의 효율성을 제고하는 효과가 있다.A graphical user interface (GUI) that reflects the needs of the phenomenon, and the time required for interpretation work, is provided by the LU-SHS numerical model for the aerodynamic analysis (solver, solver) It has the effect of optimizing the customized grid automation function for development, developing the graphical user interface for it, and improving the efficiency of the system by developing the customized postprocessing function.

이를 위해, 개발코드는 항공기 설계해석 과정에 활용 시, 문제가 발생하지 않도록 다양한 조건에서 해의 정확도를 검증하였으며, 항공기 유형별 공력해석 업무 프로세스에 적합한 전, 후처리 기능을 포함해 상용코드 활용시보다 해석업무의 효율 향상을 가능하게 한 장점이 있다.For this purpose, the development code was verified to be accurate in various conditions to avoid problems when used in the aircraft design analysis process. It is possible to improve the efficiency of analysis work.

더불어, 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법은 단순한 사용자 환경의 개발, 즉 그래픽 유저 인터페이스를 개발하여 누구나 용이하게 시스템을 사용할 수 있으며, 운용 상의 실수를 최소한으로 감소시킬 수 있으며,In addition, the airborne aerodynamic analysis system and method using the open-source computational fluid dynamics of the present invention can develop a simple user environment, that is, a graphical user interface, so that anyone can easily use the system, And,

많은 입력 조건들을 최적화하고 작업을 자동화함으로써, 공력해석에 개발자가 투여해야 하는 시간을 최소화하여 연구개발의 효율성을 향상시킬 수 있다.By optimizing many input conditions and automating tasks, it is possible to improve the efficiency of research and development by minimizing the amount of time that developers spend on aerodynamic analysis.

즉, 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법은 내재적 시간적분법을 적용하여 공력해석(solver)을 수행함으로써, 외재적 시간적분법 대비 3~5배 빠른 해석소요시간을 단축할 수 있으며,That is, the aircraft aerodynamic analysis system and method using the open-source computational fluid dynamics of the present invention can solve the aerodynamic analysis by solving the aerodynamic solving method by applying the implicit time integration method to obtain the analysis time required 3 to 5 times faster than the external temporal integration method Can be shortened,

복잡한 항공기 표면형상으로부터 격자생성까지 일련의 전처리 작업을 반자동 개념으로 통합 수행함으로써, 업무시간을 효과적으로 단축할 수 있으며,By integrating a series of preprocessing operations from complex aircraft surface geometry to grid generation into semi-automatic concepts, it is possible to shorten work time effectively,

대용량의 후처리 반복 작업을 간략화하여 업무효율의 증개 및 오류 가능성을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
It is possible to simplify the post-processing repetitive work of a large capacity and to increase the work efficiency and reduce the possibility of errors.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템을 상세하게 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템의 전처리부(100)에 의한 제공되는 GUI 예시도이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템의 공력해석부(200)에 의한 공력해석 결과값 GUI 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템의 후처리부(300)에 의한 제공되는 GUI 예시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 나타낸 순서도이다.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an aircraft aerodynamic analysis system using an open source based computational fluid dynamics according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a graphical representation of a GUI provided by the preprocessing unit 100 of an aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics based on open source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 through FIG. 6 are graphical examples of graphical results of an aerodynamic analysis result of an aerodynamic analysis unit 200 of an aircraft aerodynamic analysis system using an open-source computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention.
7 is a graphical representation of a GUI provided by a post-processing unit 300 of an aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics based on open source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart illustrating an aerodynamic aerodynamic analysis method using an open-source computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들을 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, an airborne aerodynamic analysis system and method using an open source based computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The following drawings are provided by way of example so that those skilled in the art can fully understand the spirit of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following drawings, but may be embodied in other forms. In addition, like reference numerals designate like elements throughout the specification.

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
In this case, unless otherwise defined, technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In the following description and the accompanying drawings, A description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the description of the present invention will be omitted.

본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 그 방법은 제공되는 오픈 소스(Open FOAM)를 사용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 시스템 및 공력해석 방법입니다. 이 때, 오픈 소스 중 유한체적법을 사용하는 비정렬격자 해석 코드인 오픈폼(Open FOAM)을 기반으로 진행하며, 오픈폼은 전산 유체 역학 코드 개발을 위한 도구상자로 격자의 처리, 행렬 계산자, 경계조건, 난류모델을 포함한 각종 물리적 모델을 라이브러리 형태로 제공한다.A system and method for analyzing an aircraft aerodynamic force using an open-source computational fluid dynamics of the present invention includes a system and a system for providing a graphical user interface (GUI) for performing an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open FOAM) Interpretation method. The open form is a toolbox for the development of computational fluid dynamics code. It consists of a lattice processing, a matrix calculator, and a matrix calculator. It is based on Open FOAM, an unstructured grid analysis code using finite volume method of open source. Boundary conditions, and turbulence models.

현재 공개된 압축성 유동해석을 위한 오픈폼 공력해석(솔버)는 SIMPLE 알고리즘 및 외재적 기법을 사용하고 있다.The open-form aerodynamic analysis (solver) for the currently available compressible flow analysis uses the SIMPLE algorithm and the external method.

이들은 효율적인 공력해석을 위해서는 한계가 존재하기 때문에, 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 그 방법에서는 LU-SGS 수치모델을 적용한 내재적 방법을 적용한 압축성 코드를 개발하여 공력해석을 효율성을 높일 수 있다.
Since they have limitations for efficient aerodynamic analysis, the airborne aerodynamic analysis system and the method using the open-source computational fluid dynamics of the present invention have developed a compressible code employing an internal method using the LU-SGS numerical model, The efficiency can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템을 나타낸 도면이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템을 상세히 설명한다.1 is a diagram illustrating an aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics based on open source according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, an aircraft aerodynamic analysis system using an open-source computational fluid dynamics of the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 전처리부(100), 공력해석부(200) 및 후처리부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
1, an airborne aerodynamic analysis system using an open-source based computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention includes a pre-processing unit 100, an aerodynamic analysis unit 200, and a post-processing unit 300 .

각 구성에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each configuration,

상기 전처리부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제공되는 오픈 소스를 이용하여, 항공기 표면 및 항공기 외부 공간 상의 미소 체적을 가지도록 격자(grid) 형상 또는, 그물(mesh) 형상으로 공간 분할을 수행할 수 있다.As shown in FIG. 2, the preprocessing unit 100 uses a provided open source to perform spatial division in a grid-like or mesh-like shape so as to have a small volume on the surface of the aircraft and the space outside the aircraft Can be performed.

상기 전처리부(100)로 제공되는 오픈 소스로는, 오픈폼이 제공하는 격자 생성 유틸리티인 snappy Hex Mesh를 사용하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.As an open source provided to the preprocessing unit 100, snappy Hex Mesh, which is a grid generation utility provided by OpenForm, is used, but this is only an embodiment of the present invention.

상세하게는, 상기 전처리부(100)는 항공기 형상은 stl 파일을 사용하고, 항공기 외부 공간에 육면체 격자를 생성하는 castellate 과정과 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체격자로 바꿔주는 snap과정, 경계측 격자를 생성하는 과정을 통해서 형상 파일로부터 직접 격자를 생성한다.Specifically, the preprocessing unit 100 includes a castellate process for creating a hexagonal lattice in an outer space of an aircraft using an STL file of an aircraft shape, a snap process for converting the hexagonal lattice into a polyhedral lattice by matching the shape of the aircraft, A grid is generated directly from the shape file through the process of generating the grid.

castellate 과정에서 항공기 주위에 격자를 조밀하게 유지하기 n이해 s시 파일로부터 feature line을 생성해 내는 과정이 추가되며, 격자 생성 작업은 계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수 등에 대한 여러 가지 입력 변수만으로 격자를 생성할 수 있으며, 병렬작업도 가능하여 자동격자 생성에 매우 용이한 격자 생성 방식이다.The process of creating a feature line from a file is added, and the grid generation process is performed by using the size of the calculation area, the grid size around the aircraft, the height and number of the boundary layer, etc. It is possible to create a grid with only a few input variables, and it is possible to work in parallel, which is a grid generation method that is very easy to generate an automatic grid.

본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템에서는 60여 가지의 각종 입력값의 영향을 테스트하여 최적의 조건을 결정하였으며, 대부분의 변수를 고정시키고 최소한의 입력변수만을 통해서 공간 분할을 수행할 수 있도록 하였다.
In the aircraft aerodynamic analysis system using the open-source computational fluid dynamics of the present invention, the influence of about 60 kinds of input values was tested to determine the optimum condition, and most parameters were fixed, .

즉, 다시 말하자면, 상기 전처리부(100)는 계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수를 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력함으로써, 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행할 수 있다. 여기서, 수치모델의 설정은 난류모델, 이산화기법, 제한자만 설정하면 되도록 하였으며, 경계조건은 원방경계 리만(Riemann) 조건을 사용하고 항공기 표면(주위)에서는 y+ 값에 따른 벽면조건을 자동으로 설정하고 있다.
That is, in other words, the preprocessing unit 100 generates a hexahedral grid around the aircraft by inputting the size of the calculation area, the grid size around the aircraft, the height and number of the boundary layer, The grid can be converted into a polyhedral grid by matching with the shape of the aircraft, and the space division can be performed by generating the boundary grid. In this case, the numerical model was set only by the turbulence model, the discretization technique, and the constraint. The boundary condition was the Riemann condition, and the wall condition according to the y + value was automatically set on the surface of the aircraft have.

상기 공력해석(solver)부(200)는 제공되는 오픈 소스를 기반으로 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 항공기 외부에서 발생하는 공력을 해석할 수 있다.The aerodynamic solver 200 can analyze an aerodynamic force generated outside the aircraft using computational fluid dynamics (CFD) based on the open source provided.

상기 공력해석부(200)는 경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각(AOA, Angle of Attack)의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력변수로 입력받으며, 이를 오픈 소스에 입력하게 된다.The aerodynamic analysis unit 200 inputs the type of the boundary surface, the range of machinability, the range of the angle of attack (AOA), the pressure and temperature value of the remote boundary as input variables, and inputs the same into the open source.

이를 통해서, 내재적 시간적분법 및 난류 모델 분석을 통해 항공기의 외부에서 발생하는 공력을 용이하게 해석할 수 있다.Through this, intrinsic time integral method and turbulence model analysis can easily analyze the aerodynamic force generated from the outside of the aircraft.

상세하게는, 항공기 외부 공력해석을 위한 목적에 따라 리만(Riemann) 경계조건, 비정렬 격자기반의 내재적 시간적분법(LU-SGS), 난류모델의 벽면경계조건을 위한 Automatic Wall Function 수치코드를 추가적으로 수행하고 있으며, 압축성 유동에서 천이예측을 위한 난류모델을 포함하고 있다.
In detail, Riemann boundary condition, intrinsic time integration method based on unstructured grid (LU-SGS), automatic wall function numerical code for wall boundary condition of turbulence model are additionally performed And includes a turbulence model for transition prediction in compressible flow.

상기 공력해석부(200)를 통한 공력해석의 유효성을 확인하기 위하여 여러 검증을 진행하였으며, 도 3은 3차원 천음속날개 해석결과에 대한 상용 프로그램(상용 CFD S/W인 Fluent)과 본 발명(ISAAC)의 상기 공력해석부(200)의 공력해석 결과를 비교한 일 실시예 도면이다.
FIG. 3 is a flow chart showing the results of simulation of a three-dimensional transonic blade analysis result using a commercial program (commercial CFD S / W Fluent) and the present invention (ISAAC Of the aerodynamic force analysis unit 200 of the aerodynamic analysis unit 200 shown in FIG.

상기 공력해석부(200)는 3차원 형상 및 격자 형태인 ONERA M6 wing을 사용하여 개발코드의 원방 경계조건, 제한자, 수렴성 및 해의 정확도를 확인하기 위한 계산을 수행하여 도 3에 같은 결과값을 도출하였으며,The aerodynamic analysis unit 200 performs calculation for checking the remote boundary condition, constraint, convergence, and solution accuracy of the development code using ONERA M6 wing, which is a three-dimensional shape and a lattice shape, Respectively,

난류모델은 k-ω SST 모델을 사용하였으며, 해석조건으로 받음각은 3.06도, 마하수는 0.84로 입력하고 있다.The turbulence model is based on the k-ω SST model, and the angle of attack is 3.06 degrees and the Mach number is 0.84.

더불어, ONERA M6 날개의 해석결과에서 압력분포는 도 4에 도시하고 있다.In addition, the pressure distribution in the ONERA M6 wing analysis results is shown in Fig.

전체적인 표면 압력 분포는 Fluent의 해석결과와 본 발명(ISAAC)의 해석결과와 같이 날개 길이방향으로 발생되는 박리 영역을 잘 보여주고 있으며, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 종래의 상용 프로그램과 버금가는 결과를 나타내고 있다.
As shown in FIGS. 3 and 4, the overall surface pressure distribution shows well the flapper analysis results and the analysis results of the present invention (ISAAC) The results are comparable.

도 5 내지 도 6은 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템의 상기 공력해석부(600)에서 3차원 항공기 형상 문제에 대한 상용 프로그램(상용 CFD S/W인 Fluent)과 본 발명(ISAAC)의 공력해석 결과를 비교한 일 실시예 도면이다.5 to 6 illustrate a commercial program (commercial CFD S / W Fluent) for the three-dimensional aircraft shape problem in the aerodynamic analysis unit 600 of the aircraft aerodynamic analysis system using the open-source computational fluid dynamics of the present invention 1 is a diagram illustrating an aerodynamic analysis result of the present invention (ISAAC).

상기 공력해석부(600)는 3차원 항공기 형상인 DLR-F6를 사용하여 개발코드의 원방 경계조건, 제한자, 수렴성 및 해의 정확도를 확인하기 위한 계산을 수행하여 도 5와 같은 결과값을 도출하였으며,The aerodynamic analysis unit 600 performs calculation for confirming the remote boundary condition, constraint, convergence and solution accuracy of the development code using the three-dimensional aircraft shape DLR-F6, and derives the result as shown in FIG. 5 Respectively.

격자는 전체적으로 500만개이고, y+는 1이하로 적용하였다. 난류모델은 k-ω SST 모델을 사용하였으며, 해석조건으로 받음각은 0.49도, 마하수는 0.74로 입력하고 있다.
The total number of gratings is 5 million, and y + is applied to 1 or less. For the turbulence model, the k-ω SST model is used. The angle of attack is 0.49 degrees and the Mach number is 0.74.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상용 프로그램인 Fluent의 계산결과와 본 발명의 상기 공력해석부(200)(ISAAC)의 계산결과는 모두 유사한 압력 분포를 보여주고 있으며, 날개 표면의 전체적인 압력분포도 또한 유사한 결과를 보여주고 있다.
As shown in FIGS. 5 to 6, the calculation results of Fluent, which is a commercial program, and the calculation results of the aerodynamic analysis unit 200 (ISAAC) of the present invention all show a similar pressure distribution, The distribution also shows similar results.

상기 후처리부(300)는 제공되는 오픈 소스를 이용하여 상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 처리할 수 있다.The post-processing unit 300 may process the aerodynamic analysis data transmitted from the aerodynamic analysis unit 200 using the open source provided.

상기 후처리부(300)는 상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 제공되는 오픈 소스인 paraview, fieldview, tecplot 등의 입력 변수로 입력하며, 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘드 및 공력계수인 양력계수(CL, Lift Coefficient), 항력계수(CD, Drag Coefficient), 모멘트계수(CM, Moment Coefficient)를 추출하고 출력할 수 있다.The post-processing unit 300 inputs the aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis unit 200 as input variables such as paraview, fieldview, and tecplot, which are open sources, and calculates the forces and moments at the aircraft and each interface, The lift coefficient (CL), the drag coefficient (CD), and the moment coefficient (CM) can be extracted and output.

더불어, 도 7에 도시된 바와 같이, GUI 환경으로 제공할 수 있다.
In addition, as shown in FIG. 7, the GUI environment can be provided.

상세하게는 상기 후처리부(300)는 상기 공력해석부(200)에서 계산한 공력해석 데이터를 이용하여 필요한 데이터를 추출하게 된다.In detail, the post-processing unit 300 extracts necessary data using the aerodynamic analysis data calculated by the aerodynamic analysis unit 200.

후처리 작업은 데이터의 변환, 필요한 데이터의 추출, 스프레드 시트 프로그램을 이용한 각종 데이터의 정리 작업 등에 많은 시간이 소비되기 때문에, 이를 최소화하기 위해 사용자들의 요구를 수집하여 가능한 모든 작업들을 자동화할 수 있도록 GUI 환경을 구축하고 있으며,Since the post-processing operation consumes much time for data conversion, extraction of necessary data, and sorting of various data using a spreadsheet program, in order to minimize this, a GUI Environment,

전체 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 그리고 양력계수, 항력계수, 모멘트계수 등이 자동으로 추출되며, 받음각의 변화에 따른 양령계수 및 항력계수 그래프, 데이터 파일이 모든 마하수에 대해 산출되도록 할 수 있다.Force and moment at all aircraft and each interface and lift, drag, and moment coefficients are automatically extracted, and graphs of both sexes and drag coefficients according to the angle of attack can be calculated for all Mach numbers .

또한, 항공기 스팬 방향 좌표를 입력하면, 그 단면에서의 압력분포 그래프와 데이터 파일을 생성하고, 해당 문제에 대해서 계산이 진행되는 동안의 residual 값 및 저항계수 변화 상태를 사용자의 요청에 따라, 계산 중 혹은 계산 후에 신속하게 확인할 수 있다.
In addition, when the aircraft span direction coordinate is input, a pressure distribution graph and a data file are generated on the cross section, and the residual value and the resistance coefficient change state during the calculation for the problem are calculated according to the user's request Or can be checked quickly after calculation.

또한, 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템의 GUI는 최대한 단순한 형태가 되도록 구축하고 있으며, 추후 기능 추가를 위한 확장성을 고려하여 구축하고 있다.In addition, the GUI of the aircraft aerodynamic analysis system using the open-source computational fluid dynamics of the present invention is constructed so as to be as simple as possible, and is constructed in consideration of the extensibility for future addition of functions.

즉, 공력해석에 필요한 입력 데이터들을 시뮬레이션 조건(마하수, 받음각, 난류모델, 원방경계조건 등), 격자(격자 파일, 경계면 속성 등), 수치모델(이산화기법, 행렬 계산자, 제한자 등), 계산조건(병렬연산, 반복계산 횟수, CFL수 등), 후처리(공력 데이터, 그래프, 그래픽 출력 등) 등의 다양한 범주로 구분하고 있으며,In other words, the input data necessary for aerodynamic analysis can be computed by using simulation conditions (Mach number, angles of attack, turbulence model, remote boundary condition, etc.), grid (grid file, interface properties), numerical model (discretization technique, matrix calculator, (Aerodynamic data, graph, graphical output, etc.), which are classified into various categories such as conditions (parallel operation, number of iteration, number of CFL, etc.)

도 7에 도시된 바와 같이, 시뮬레이션 조건을 주화면에 배치하고 나머지 네 개의 범주는 별도의 입력창으로 구축하고 있다.
As shown in FIG. 7, simulation conditions are arranged on the main screen, and the remaining four categories are constructed as separate input windows.

도 8은 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 나타낸 순서도이다. 도 8을 참조로 하여 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 상세히 설명한다.FIG. 8 is a flowchart illustrating an aerodynamic analysis method using an open-source computational fluid dynamics of the present invention. Referring to FIG. 8, an aircraft aerodynamic analysis method using an open-source computational fluid dynamics of the present invention will be described in detail.

본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법은 제공되는 오픈 소스(Open FOAM)를 이용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 항공기 공력해석 방법으로서,An aircraft aerodynamic analysis method using an open-source computational fluid dynamics of the present invention is an aircraft aerodynamic analysis method for providing a graphical user interface (GUI) to perform an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open FOAM)

도 8에 도시된 바와 같이, 전처리 단계(S100), 공력해석 단계(S200) 및 후처리 단계(S300)로 이루어질 수 있다.
As shown in FIG. 8, may include a preprocessing step S100, an aerodynamic analysis step S200, and a post-processing step S300.

각 단계에 대해서 자세히 알아보자면,To learn more about each step,

상기 전처리 단계(S100)는 상기 전처리부(100)에서 제공되는 오픈 소스를 이용하여 항공기 표면 및 공간 상의 미소 체적을 가지도록 격자(grid) 형상 또는, 그물(mesh) 형상으로 공간 분할을 수행할 수 있다.The preprocessing step S100 may perform spatial division in a grid shape or a mesh shape so as to have a small volume on the surface and space of the aircraft using the open source provided by the preprocessing unit 100 have.

상기 전처리 단계(S100)는 계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기 경계층 높이 및 개수를 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행할 수 있다.
The preprocessing step (S100) inputs the size of the calculation area, the height and number of the lattice-size boundary layer around the aircraft as input variables of the open source, and generates a hexagonal lattice around the aircraft, To a polyhedral grid, and to generate a boundary-side grid to perform spatial division.

상기 공력해석 단계(S200)는 상기 공력해석부(200)에서 제공되는 오픈 소스를 기반으로 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여 항공기 외부에 발생하는 공력을 해석할 수 있다.The aerodynamic analysis step S200 can analyze the aerodynamic force generated on the outside of the aircraft by using computational fluid dynamics (CFD) based on the open source provided by the aerodynamic analysis unit 200.

상기 공력해석 단계(S200)는 경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력받아 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 내재적 시간적분법 및 난류모델 분석을 통해 항공기의 외부에 발생하는 공력을 해석할 수 있다.
The aerodynamic analysis step (S200) inputs the type of the boundary surface, the range of the Mach number, the range of the angle of attack, the pressure and the temperature value of the remote boundary as input variables of the open source, The aerodynamic force generated on the outside of the aircraft can be analyzed.

상기 후처리 단계(S300)는 상기 후처리부(300)에서 제공되는 오픈 소스를 이용하여 상기 공력해석 단계(S200)에 의한 공력해석 데이터를 전달받아 그래프 또는, 그래픽 형상의 데이터로 처리하여 제공할 수 있다.The post-processing step (S300) receives the aerodynamic analysis data from the aerodynamic analysis step (S200) using the open source provided by the post-processing unit (300) have.

상기 후처리 단계(S300)는 상기 공력해석 단계(S200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 제공되는 오픈 소스의 입력 변수로 입력하며, 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 및 공력계수인 양력계수, 항력계수, 모멘트계수를 추출하고 출력할 수 있다.
The post-processing step (S300) inputs the aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis step (S200) as input variables of the open source to be provided. The force and moment at the aircraft and each interface and the lift coefficient Coefficients and moment coefficients can be extracted and output.

즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 그 방법은 전처리, 후처리 과정과 공력해석 과정에 있어서 오픈 소스 기반으로 공력해석에 최적화된 가볍고 단순한 사용자 GUI를 구축하였으며, 외재적 시간적분법 대비 3~5배 해석소요시간을 단축하고 항공기 표면형상으로부터 격자생성까지 일련의 전처리 작업을 반자동 개념으로 통합관리함으로써 업무시간의 단축과, 후처리 반복 작업을 간략화하여 업무 효율의 증개 및 오류 가능성을 감소시키는 장점이 있다.
In other words, an aircraft aerodynamic analysis system and method using an open-source based computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention is optimized for aerodynamic analysis based on an open source in a preprocessing, post-processing and aerodynamic analysis processes Simple and light user GUI is built, 3 ~ 5 times analysis time compared to external time integration method. Shortening the time required and managing a series of preprocessing work from aircraft surface shape to grid generation by semi-automatic concept, The work can be simplified and the efficiency of work and the possibility of errors can be reduced.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법에 대하여 설명하였지만, 상술한 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템 및 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공되거나 또는, 컴퓨터 명령어로 작성된 컴퓨터 프로그램으로 제공될 수도 있음을 당업자들이 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 다시 말해, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있으며, 명령어로 작성된 컴퓨터 프로그램일 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 기록매체 또는, 컴퓨터 프로그램은 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 기록매체 또는, 컴퓨터 프로그램에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 상기 컴퓨터 판독가능한 기록매체 또는, 컴퓨터 프로그램의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리, USB 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 상기 컴퓨터 판독가능한 기록매체 또는, 컴퓨터 프로그램는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
Although the airborne aerodynamic analysis system and method using an open source based computational fluid dynamics according to an embodiment of the present invention have been described above, the airborne aerodynamic analysis system and method using the open source based computational fluid dynamics described above Those skilled in the art will readily understand that the program of the instructions for carrying out the present invention may be embodied in a recording medium that can be read by a computer or provided as a computer program written in computer instructions. In other words, it may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means, recorded in a computer-readable recording medium, or may be a computer program written in an instruction word. The computer readable recording medium or the computer program may include program instructions, data files, data structures, and the like, alone or in combination. The program instructions recorded on the computer readable recording medium or the computer program may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known and available to those skilled in the computer software. Examples of the computer-readable recording medium or the computer program include magnetic media such as a hard disk, a floppy disk and a magnetic tape, optical media such as CD-ROM and DVD, optical disks such as floptical magneto-optical media such as disk, and hardware devices specifically configured to store and perform program instructions such as ROM, RAM, flash memory, USB memory, and the like. The computer-readable recording medium or the computer program may be a transmission medium such as a light or metal line, a wave guide, or the like, including a carrier wave for transmitting a signal designating a program command, a data structure, and the like. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한 정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with reference to specific embodiments such as specific components and exemplary embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, And various modifications and changes may be made thereto by those skilled in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술되는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, fall within the scope of the present invention .

100 : 전처리부
200 : 공력해석부
300 : 후처리부
S100 내지 S300 : 본 발명의 오픈 소스 기반의 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법의 각 단계
100: preprocessing section
200: aerodynamic analysis unit
300: Post-
S100 to S300: Each step of the aircraft aerodynamic analysis method using the open-source computational fluid dynamics of the present invention

Claims (10)

제공되는 오픈 소스(Open Foam)를 이용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템에 있어서,
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 항공기 표면 및 항공기 외부 공간 상의 미소 체적을 가지도록 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고, 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행하는 전처리부(100);
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 내재적 시간적분법인 LU-SGS 수치모델 및 난류 모델의 벽면경계조건을 통해 3차원 형상의 항공기 표면 및 항공기 외부 공간에 발생하는 공력을 해석하는 공력해석(solver)부(200); 및
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 처리하여, 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 및 공력계수인 양력계수(CL, Lift Coefficient), 항력계수(CD, Drag Coefficient), 모멘트계수(CM, Moment Coefficient)를 추출하고 출력하는 후처리부(300);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템.
An aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics providing a graphical user interface (GUI) for performing an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open Foam)
Using the open source provided, a hexahedral grid is created around the aircraft so that it has a small volume on the surface of the aircraft and the space outside the aircraft, converts the hexahedral grid into a polyhedral grid by matching it with the shape of the aircraft, A preprocessing unit (100) for performing division;
Using the open source provided, CFD (Computational Fluid Dynamics) is used to simulate the 3D surface of the aircraft and the outer space of the aircraft through the wall boundary conditions of the LU-SGS numerical model and the turbulence model, An aerodynamic analysis (solver) unit 200 for analyzing the aerodynamic force generated in the vehicle; And
The aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis unit 200 is processed using the provided open source to calculate the force and moment at the aircraft and each interface and the lift coefficient CL and the drag coefficient CD, Drag Coefficient), and a moment coefficient (CM, Moment Coefficient);
And an aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics.
제 1항에 있어서,
상기 전처리부(100)는
계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수를 입력받아 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템.

The method according to claim 1,
The preprocessing unit 100
And the height of the boundary layer, and the number of the boundary layer are input as input variables, and the aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics.

제 1항에 있어서,
상기 공력해석부(200)는
경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각(AOA, Angle of Attack)의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력받아 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템.
The method according to claim 1,
The aerodynamic analysis unit 200
(AOA, Angle of Attack), the pressure and temperature of the remote boundary, and inputting them as input variables. Aircraft aerodynamic analysis system using computational fluid dynamics.
제 1항에 있어서,
상기 후처리부(300)는
상기 공력해석부(200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 시스템.
The method according to claim 1,
The post-processing unit 300
And an aerodynamic analysis data transmitted from the aerodynamic analysis unit (200) is input as an input variable.
제공되는 오픈 소스(Open Foam)를 이용하여 항공기 외부 공력해석을 수행하도록 GUI(Graphic User Interface)를 제공하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법에 있어서,
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 항공기 표면 및 항공기 외부 공간 상의 미소 체적을 가지도록 항공기 주위에 육면체 격자를 생성하고, 육면체 격자를 항공기 형상과 일치시켜 다면체 격자로 변환하고, 경계측 격자를 생성하여 공간 분할을 수행하는 전처리 단계(S100);
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 전산 유체 역학(CFD, Computational Fluid Dynamics)을 이용하여, 내재적 시간적분법인 LU-SGS 수치모델 및 난류 모델의 벽면경계조건을 통해 3차원 형상의 항공기 표면 및 항공기 외부 공간에 발생하는 공력을 해석하는 공력해석 단계(S200); 및
제공되는 오픈 소스를 이용하여, 상기 공력해석 단계(S200)에 의한 공력해석 데이터를 전달받아 항공기 및 각 경계면에서의 힘과 모멘트 및 공력계수인 양력계수(CL, Lift Coefficient), 항력계수(CD, Drag Coefficient), 모멘트계수(CM, Moment Coefficient)를 추출하고 그래프 또는 그래픽 형상의 데이터로 처리하여 제공하는 후처리 단계(S300);
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법.

A method of analyzing an aerodynamic aerodynamic force using computational fluid dynamics, which provides a graphical user interface (GUI) for performing an aerodynamic analysis of an aircraft using an open source (Open Foam)
Using the open source provided, a hexahedral grid is created around the aircraft so that it has a small volume on the surface of the aircraft and the space outside the aircraft, converts the hexahedral grid into a polyhedral grid by matching it with the shape of the aircraft, A preprocessing step (SlOO) for performing splitting;
Using the open source provided, CFD (Computational Fluid Dynamics) is used to simulate the 3D surface of the aircraft and the outer space of the aircraft through the wall boundary conditions of the LU-SGS numerical model and the turbulence model, An aerodynamic analysis step S200 for analyzing the aerodynamic force generated in the vehicle; And
(CL), a drag coefficient (CD), and a drag coefficient (CD), which are received from the aerodynamic analysis data of the aerodynamic analysis step (S200) using the provided open source, A post-processing step (S300) of extracting a moment coefficient (CM) and a drag coefficient, processing the extracted data as graph or graphical data, and providing the result;
Wherein the aircraft aerodynamic force analysis method is based on computational fluid dynamics.

제 5항에 있어서,
상기 전처리 단계(S100)는
계산영역의 크기, 항공기 주위의 격자 크기, 경계층 높이 및 개수를 입력받아 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법.
6. The method of claim 5,
The preprocessing step (SlOO)
Wherein the size of the calculation area, the size of the grid around the aircraft, the height and number of the boundary layer are input and input as input variables.
제 5항에 있어서,
상기 공력해석 단계(S200)는
경계면의 형식, 마하수의 범위, 받음각(AOA, Angle of Attack)의 범위, 원방경계의 압력 및 온도값을 입력받아 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법.
6. The method of claim 5,
The aerodynamic analysis step (S200)
(AOA, Angle of Attack), the pressure and temperature of the far boundary, and inputting them as input variables. The method for analyzing aerodynamic forces of aircraft by computational fluid dynamics.
제 5항에 있어서,
상기 후처리 단계(S300)는
상기 공력해석 단계(S200)로부터 전달받은 공력해석 데이터를 입력 변수로 입력하는 것을 특징으로 하는 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법.
6. The method of claim 5,
The post-processing step (S300)
Wherein the aerodynamic analysis data received from the aerodynamic analysis step (S200) is input as an input variable.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 구현하기 위한 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독가능한 기록 매체.
A computer-readable recording medium storing a program for implementing an aircraft aerodynamic analysis method using computational fluid dynamics as set forth in any one of claims 5 to 8.
제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 기재된 전산 유체 역학을 이용한 항공기 공력해석 방법을 컴퓨터 장치에 결합되어 구현하기 위한 명령어가 기록매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
9. A computer program stored on a recording medium, the computer-readable recording medium having computer-executable instructions for implementing an aerodynamic analysis method using computational fluid dynamics according to any one of claims 5 to 8.
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