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적응 무요소 반응면 기법 개발 및 첨단 복합 회전익기 설계에의 적용
Reports NRF is supported by Research Projects( 적응 무요소 반응면 기법 개발 및 첨단 복합 회전익기 설계에의 적용 | 2008 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 조진연(인하대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00019
Year(selected) 2008 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2009년 08월 22일
Year type 결과보고
Year(final report) 2009년
Research Summary
  • Korean
  • 본 연구에서는 설계 분야에서 널리 사용되고 있는 반응면 기법에 최근 제안된 무요소 이동최소자승법을 적용하여 발췌점의 위치에 구애 받지 않는 효율적인 적응 무요소 반응면 기법을 개발하고 이를 복합 회전익기 최적설계에 적용하였다.
    순차적 최적 설계시 기존의 다항 회귀분석법 등의 경우에는 다음 최적화 단계에서 이전 최적화 단계의 발췌점을 사용하기 어려운 단점 등을 가지고 있는 반면에 제안된 적응 무요소 반응면 기법의 경우에는 이러한 제약 없이 이전 최적화 단계의 발췌점을 다음 최적화 단계에서도 그대로 활용할 수 있으며, 불규칙한 발췌점의 존재 여부에 관계없이 반응면을 손쉽게 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다.
    발췌점 위치, 영향반경, 가중함수에 따른 무요소 반응면의 변화를 고찰하고 이를 통해 적응 무요소 반응면 기법을 개발하였으며 이를 Camel Back Function, Haupt Function, Rastrigin Function의 최적해 탐색에 적용하고 그 성능을 고찰하였다. 성능고찰을 통해 제안된 방법을 통해 기존의 기법보다 더 강건한 최적해 탐색이 가능함을 확인하였다.
    또한 유한요소 구조 모델에 대한 구조부재 최적화를 수행하고 구조물 최적설계에의 적용성을 검증하였다.
    복합 회전익기 설계 적용 연구로서 제안된 적응 무요소 반응면 기법과 GTPDP-PACH(The Gerogia Preliminary Design Program - Performance Analysis of Compound Helicopter)를 활용하여 복합 회전익기의 최적 설계 프레임 워크를 구성하였다. 최적 설계는 기존 회전익기 대비 복합 회전익기의 임무특성을 고려하여 돌진속도, 체공시간, 순항속도를 최대화할 수 있도록 수행하였다. 또한 복합적 설계요구조건이 주어지는 경우를 고려하여 다목적 최적설계를 수행하고 이를 통해 요구되는 성능이 전체적으로 향상되어질 수 있음을 확인하였으며 이를 통해 복합 회전익기에 대한 설계 경험을 축적하였다.
  • English
  • In this work, an efficient adaptive meshless response surface method is suggested. The proposed method is based on the moving least squares approximation method which does not require any fixed connectivity between the sampling points. From the merit, one can generate a response surface regardless of the positions of the sampling points by using the proposed adaptive meshless response surface method. Furthermore, the proposed adaptive meshless response surface method makes it possible to easily re-use the former sampling points in sequential optimization procedure although such is difficult in the conventional response surface method based on the polynomial regression approach.
    To develop the proposed method, the effects of position of sampling point, influence domain, and weight function on the response surface generated by moving least squares approximation are investigated. Through the sequential optimization of complex functions such as camel back function, Haput function, and Rastrigin Function, the validity of the proposed method is observed. Additionally, the applicability of the proposed method to the structural optimization is verified for the finite element structural model.
    For application to the optimal design of compound helicopter, optimal design framework is newly constructed by combining the proposed adaptive meshless response surface method and GTPDP-PACH(The Gerogia Preliminary Design Program - Performance Analysis of Compound Helicopter). In optimal design, the dash speed, cruise speed, and endurance of push-type compound helicopter are optimized in order to fully consider the mission characteristics of compound helicopter. Further, multi-objective optimal design is carried out for complex mission requirements. From the results it is confirmed that all of the considered performances of compound helicopter could be improved at the same time through the multi-objective optimal design procedure.
Research result report
  • Abstract
  • 본 연구에서는 무요소 이동최소자승법의 발췌점, 영향반경, 가중함수에 따른 영향을 고찰하고 이를 토대로 발췌점의 위치에 구애 받지 않는 효율적인 적응 무요소 반응면 기법을 개발하고 이를 복합 회전익기 최적설계에 적용하였다.
    순차적 최적화 시 제안된 적응 무요소 반응면 기법을 활용하면 이전 최적화 단계의 발췌점을 다음 최적화 단계에서도 그대로 활용할 수 있는 장점이 있으며, 불규칙한 발췌점의 존재 여부에 관계없이 반응면을 손쉽게 구성할 수 있는 장점을 가지고 있다.
    제안된 방법을 Camel Back Function, Haupt Fucntion, Rastrigin Function 등 복잡한 형상을 갖는 함수의 최적해 탐색에 적용하고 그 성능을 고찰하였으며, 유한요소 구조모델의 구조부재 위치 최적화를 통해 구조물 최적설계에의 적용성을 확인하였다.
    복합 회전익기 설계 적용 연구로서 제안된 적응 무요소 반응면 기법과 GTPDP-PACH를 통합하여 복합 회전익기 최적 설계 프레임 워크를 구성하였으며, 이를 통해 복합 회전익기의 임무특성을 고려한 돌진속도, 체공시간, 순항속도에 대한 최적화를 수행하였다. 또한 복합적 설계요구조건을 고려할 수 있는 다목적 최적설계를 수행하고 이를 통해 목적한 성능들을 모두 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
  • Research result and Utilization method
  • [연구결과]
    *< 적응 무요소 반응면 기법 개발>
    - 순차적 최적화시 이전 단계의 발췌점을 다음 단계에서 재활용할 수 있는 장점
    - 불규칙한 발췌점의 존재 여부에 관계없이 반응면을 생성할 수 있는 장점
    - 복잡한 함수의 최적해 탐색시 강건성 확인
    - 구조설계 적용성 확인

    *<복합 회전익기 최적설계를 위한 프레임 워크 개발>
    - 적응 무요소 반응면 기법과 GTPDP-PACH의 통합
    - 복합 회전익기의 임무특성을 고려한 돌진속도, 체공시간, 순항속도 최적화
    - 복합적인 설계요구조건을 고려한 다목적 최적설계 수행
    - 복합 회전익기 최적설계 경험 축적

    [활용방안]
    - 대학원 이론교육 및 산업체 설계자문 등에 활용
    - 지속적 설계 최적화 연구를 통한 설계 소프트웨어 개발
    - 설계교과 개선에 반영
    - 축적된 경험을 바탕으로 학생들에게 Hands-on Experience 제공
    - 향후 차세대 복합 회전익기 국내 개발 시 최적설계 경험 제공
  • Index terms
  • 반응면 기법(response surface method), 무요소(meshless), 이동최소자승법(moving least squares method), 복합 회전익기(compound helicopter), 최적 설계(optimial design), 다목적 최적설계(multi-objective optimization), 적응 무요소 반응면 기법(adaptive meshless response surface method)
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