전산설계 프로그램 연동기법을 이용한 고정익 무인항공기 형상설계 자동화 과정 구축에 관한 연구 :A study on the construction process of configuration design automation for fixed-wing UAVs using interfacing technique of computational design programs

전영조

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자료유형: 학위논문

저자정보: 전영조 (한서대학교, 한서대학교 대학원)

지도교수: 김승주

발행연도: 2019

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이용수9

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

전산설계 프로그램 연동기법을 이용한 고정익 무인항공기 형상설계 자동화 과정 구축에 관한 연구

전영조 항공시스템공학과 2019.01 학위논문

2017

Knowledgeware를 적용한 고정익 무인항공기 초기형상 자동화 설계에 관한 연구

전영조 , 김승주 한국항공우주학회 학술발표회 초록집 2017.11 학술대회자료

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본 논문에서는 고정익 무인항공기 개념설계(Conceptual Design) 중 형상설계(Configuration Design) 과정을 보다 효율적으로 진행하기 위해 형상에 대한 매개변수(Parameter) 계산 프로그램을 작성하고, 상용 전산설계 프로그램을 선정 후 서로 연동하여 자동화 프로세스 구축을 단계별로 수행하였다.
형상설계를 시작하기 전 매개변수 계산 단계에서 초기 크기결정(Initial Sizing)과 관련된 최대이륙중량(Maximum Takeoff Weight), 익면하중(Wing Loading) 및 비행체 형상 특성(Configuration Properties)에 대한 날개 수(Number of Wing), 부착위치 등 초기제원이 입력된 프로그램을 통해 형상 매개변수 값을 확보하였다. 그리고 형상설계 과정에서 CATIA Automation 분류항목 중 지식기반 설계(Knowledgeware) 기능을 통해 앞서 입력한 설계변수 및 형상 매개변수를 입력 매개변수(Input Parameter)로 전달받는다. 그리고 통합 개발 환경(IDE, Integrated Development Environment)을 지원하는 VBA(Visual Basic for Application) 플랫폼에서 CAD 프로그램의 거의 모든 기능들을 정의하는 객체(Object)를 호출하고, 사용자가 미리 입력한 정보를 바탕으로 비행체의 3차원 초기형상을 자동으로 구현하는 프로그램을 개발하였다. 비행체 모델에 대한 투영면적, 표피면적(Wetted Area), 동체 부피, 구간 단면적 분포 등 정렬된 템플릿(Template)으로 설정 가능한 요소들은 변수 값을 전달하는 매개변수 관리 프로그램에 별도로 기록하여 사용자가 자동화 프로세스에 설정한 모든 매개변수 이력을 확인할 수 있도록 구성하였다.
설계 매개변수 계산 프로그램과 CAD 프로그램은 사용하는 언어의 차이로 인해 직접 연동이 어렵기 때문에 각 프로그램에 대한 입력, 출력된 매개변수를 전달 순서에 맞게 분류하고, VBA 호환으로 무인항공기 형상 자동화 모델링 프로그램과 매개변수 전달프로그램의 기반언어 동기화 및 프로그램 동작 명령을 전달해주기 위해 Excel 문서를 이용한다. Excel 내부에도 CATIA와 같이 VBA 개발환경을 지원하고, Basic 언어로 작성된 매크로(Macro)를 이용해 입력 및 출력 매개변수들을 자동으로 분류할 수 있으며, 필요에 따라 CATIA VBA와 서로 연동하여 호스트 프로그램에서 상대 프로그램을 일부 제어할 수 있도록 구성하였다.
마지막으로 전체 과정을 수행하여 도출된 무인항공기 형상정보에 대해 초기 추정한 성능변수 보정 및 분석 검증을 위해 공력해석용 포맷을 생성하여, Ansys Fluent 해석 프로그램에 수동으로 입력 후 공력해석을 통해 도출된 값을 보정계수로서 활용하고, 다시 재분석 과정을 거쳐 공력해석 이전단계의 결과자료와 비교 검증하였다.

In this thesis a parametric calculation program was developed for the configuration of fixed wing unmanned areal vehicle in order to more efficiently carry out the configuration design process during conceptual design. With the selection of a commercial computational design program the construction of automation process was performed step by step.
Before starting configuration design, geometric parameter values were obtained through the program with initial specifications. The Initial specifications include maximum take-off weight, wing loading, and other configuration properties such as the number of wing and the location of wings which are closely related to the initial sizing in geometric parameter calculation. And then in the process of configuration design the previously defined design variables are transferred as input parameters through the knowledge-based design function of CATIA automation classification item. And in the Visual Basic for Application(VBA) platform which supports the Integrated Development Environment(IDE) an object is called out that defines almost all the functions of CAD program. A program based upon the object was developed which automatically implements the initial three-dimensional configuration of an aircraft with the data provided by macro. Elements that can be set in an aligned template such as projected area, wetted area, fuselage volume, cross-sectional area distribution and etc of an aircraft model are separately stored in a parameter management program, which transports the variable values so that processes history can be reviewed by users. Since the base languages between the design parameter calculation program and the CAD program are incompatible each other to be directly linked, the input and output parameters for each program are classified according to the order of delivery. Excel spreadsheets are utilized to synchronize the UAV geometry automation modeling program compatible also to VBA and the transfer program triggering commands. Like CATIA, Excel also supports VBA development environment, automatically handles parameters by macro, and is configured to control associated programs by interoperating with CATIA VBA in its host program, if necessary.
Finally, with the information on the UAV configuration obtained by performing the entire process the format for aerodynamic analysis was generated to correct and analyze the initially estimated performance parameters. And the output from the aerodynamic analysis by manually inputting into Ansys Fluent program was utilized as a correction factor, and it was compared through reanalysis with the prior result to the aerodynamic analysis.

제 1 장 서론 1
1.1 연구배경 및 필요성 1
1.2 연구목적 및 방법 3
1.2.1 연구목적 3
1.2.2 연구방법 4
제 2 장 이론적 배경 5
2.1 형상설계 프로세스 자동화 범주 5
2.2 연동 프로그램 구성 6
2.2.1 매개변수 관리 프로그램 6
2.2.2 기하학적 매개변수 계산 프로그램 7
2.2.3 형상 자동화 모델링 프로그램 8
제 3 장 무인항공기 형상설계 자동화 과정 구성 9
3.1 형상 매개변수 계산 및 전달 방법 9
3.2 매개변수 자동화 등록 및 기록 방법 12
3.2.1 Excel VBA 13
3.3 CATIA Automation 15
3.3.1 Native CATIA 16
3.3.2 Knowledgeware 17
3.3.3 VB & VBA 및 CAA 18
3.4 익형 자동화 생성 매크로 20
3.5 무인항공기 형상 자동화 모델링 방법 23
3.5.1 객체 정의 모듈 24
3.5.2 문서작성 모듈 25
3.5.3 지오메트리 생성 그룹 모듈 26
3.5.4 형상 데이터 추출 모듈 27
제 4 장 무인항공기 형상설계 29
4.1 동체 형상설계 29
4.2 날개 형상설계 32
4.3 날개 동체 접촉구간 보정 36
제 5 장 형상설계 자동화 프로세스 결과 37
5.1 무인항공기 형상 도출 및 비교 37
5.2 무미익형 공력해석 결과 비교 40
제 6 장 결론 45
참 고 문 헌 47
Abstract 49

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