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지능형 공탄성 및 헬리콥터 연구실Active Aeroelasticity and Rotorcraft Laboratory

신상준 교수님

서울대학교 항공우주공학과 학사(’89) / 석사(’91)미국 Massachusetts Institute of Technology 항공우주공학 석사(’99)/ 박사 (’01)

1991-1996 국방과학연구소 헬기체계실 연구원2001-2003 미국 University of Michigan 항공우주공학과 박사후과정 연구원2003-현재 서울대학교 기계항공공학부 교수

국토교통부 항공특성화대학 지원사업 제2회 학술발표대회 장려상 (2013)한국항공우주학회 학술대회 우수논문발표상 (2013, 2019, 2020)한국전산구조공학회 2016 정기학술대회 송하원상 (2016)한국전산구조공학회 2017 정기학술대회 논문상 (2017)한국멀티스케일역학회 학술상 (2017)미국항공우주학회 부석학회원 (2018-현재)미국항공우주학회저널 (AIAA Journal) 부편집자 (2019-현재)한국항공우주학회 학술상 (2020)

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연 구 분 야

다분야 통합 도심항공모빌리티핵심기술 개발 센터

고온터빈 냉각/구조 성능통합해석 모델 개발

3차원 solid 유한요소 축소모델링 기법영역분할에 의한 병렬 계산대변형에 대한 기하 비선형

3-D 유한요소

블레이드 모델링

구조해석

Solver

정적해석

과도해석

모드해석유체-구조 연성해석

유체-구조 계면 격자처리

< 응력 및 모드형상>

< 압력 및 온도분포>

유동해석Fatigue area

Goodman’s fatigue eq.

Ultimate strength, 𝝈𝒖 𝝈𝒎

𝝈𝒂

𝝈𝒂𝝈𝒆

+𝝈𝒎𝝈𝒖

= 𝟏

Fa

tig

ue

lim

it, 𝝈𝒆

구조응답 예측 및

피로수명 평가

< 회전 및 열 효과>

회전

회전+ 열

비회전

Rotating speed(RPM)

Natu

ral

Fre

qu

ency

저고도 무인 비행장치 교통관리(UTM) 핵심기술 개발

지능형 로터 블레이드의 지상회전실험을 통한 헬리콥터 진동하중 저감 연구

로터 설계 - 공력탄성학적 해석 프로그램 개발

무힌지형

허브

조인트

Ω 플랩블레이드

브라켓

다물체 동역학 로터 해석 DYMORE / CAMRAD II

로터 회전 및 능동 진동 제어 실험

시흥캠퍼스 회전시험장치 구축

능동 진동 제어 시스템 설계

블레이드 최적 설계

로터 진동 소음 능동 제어

(a) 4/rev step response shape and

estimated LTI transfer function

response

(b) DYMORE response and

reconstructed LTI response

로터 진동 하중 시스템 식별 능동 진동 하중 제어 시뮬레이션

Hammer roving pts.

블레이드 제작 및 실험

다물체 동역학 통합 로터 해석 코드 개발

스텔스 대형 플랫폼 전파 해석: 레이더 흡수물질 및 거대 유전체 구조 전자파 해석 연구

함재기-비행갑판 충돌해석 및손상범위 예측 기술

KAI-SNU 공동연구그룹차세대로터시스템 시험 및 체계종합

인공신경망 기반의 차세대 회전익비행체 설계 프레임워크

축소 차수 모델(ROM)을 이용한 공력탄성학 해석

회전익항공기 로터시스템의진동/피로 하중 인증규정 개발

곤충 모방 초소형 비행체유연구조 연구

복합재 토크 튜브/

Outboard 블레이드

동축반전 메인

로터 샤프트

복합재 flexbeam

하부 로터 작동부 (외부)

상부 로터 작동부 (내부)

차세대 고기동 회전익기 비용분석(틸트로터, 동축반전)

Direct operating cost / Indirect operating cost 분석동축반전, 틸트로터 항공기 성능해석 / 구성요소 중량 해석

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000Present Example

차세대 고기동 회전익기 로터시스템 설계 및 시험기술 연구

Pitch spring

Diaphragm spring

차세대 틸트로터시스템

차세대 동축반전로터시스템

로터시스템 CAMRAD II 상세 모델링 및 해석

균형 질량 추

회전밸런스트랜스미션

모터

축소로터 시험체 설계 기술 연구

피로수명 입증 절차피로 시험을 통한 해석 적합성 입증

역설계를 통해 제작된로터 블레이드

피로 해석을 통해 파손 위치 및 사이클 수 파악

Original flow (전체 차수 모델)

전체 차수 모델에 대한 적합 직교 분해

1

( , ) ( ) ( ) ( )=

= + M

N

i i

i

u x t u x a t x

인공신경망을 이용한 POD 계수 보간

적합 직교 분해(POD)

축소 차수 모델 구축

유체-구조 결합 해석 모델 개발

Ou

tpu

t

Inp

ut

EncoderLatent code

Decoder

𝝈𝟐

𝝁

𝜺 ∼ 𝑵(𝟎, 𝑰)

𝝈′𝟐

𝝁′

VAE structure

POD 계수 보간

Reconstructed flow (축소 차수 모델)

날갯짓 메커니즘 설계 및 제작 유체-구조 연성해석

날갯짓 비행체 실험시뮬레이션 해석 결과

기본 연구 심화 연구 검증 및 구현화 연구

❖ 내연적/외연적 유한요소 해석 기법 구현

❖ 접촉, crack 전파 및 분리 예측

▪ 충돌 해석을 위한 기법 연구 개발

❖ 다물체 동역학 해석 기법 개발

❖ 회전익함재기충돌시나리오해석수행

▪ 함재기 충돌 시나리오 기반 해석 수행

❖ 함재기 충돌 실험

▪ 훨 타워를 활용한 충돌시험 구성

▪ 실험을 통한 S/W 해석 검증

회전익 함재기 충돌 전용 해석프로그램 개발 절차

충돌 해석프로그램 탑재 해석 모듈

사면체 벡터 기반 요소 대용량 해석을 위한 영역 분할 예시AARL 병렬 CPU 클러스터

3-D 유한요소

모델링

FEM

Solver

전자기파해석

병렬 해석

MPI 기반 병렬 컴퓨팅

영역 분할 기법 (FETI)

영역 분할

RCS 예측 및

저피탐성 평가

< 산란 전자기파 분포>

<Bistatic RCS>

머신러닝 기반 고정밀 다신뢰도 설계

다분야 통합 디지털 트윈 시뮬레이션

데이터 기반 UAM 설계연구

하강 비행 해석 모듈

전진 비행 및 외풍 고려 공력 해석 모델 개발

송풍기 및 풍동 실험 외풍에 의한 위험도 평가

해석 모델 검증을 위한 송풍기 실험 (측풍 및 수직풍)

돌풍 측풍 실험 (한국항공우주연구원 풍동)

전진비행 디스크 하중 전진비행 허브 항력

실험 및 시뮬레이션결과 비교

시뮬레이션 기반 사고발생 여부 판단