In this research, aeroelastic characteristics of high-aspect-ratio wings are investigated. When a high-aspect-ratio wing structure is interacted with external air-load, geometric structural nonlinearity can be caused by large deformation of a wing. Using a HALE (high-altitude, long-endurance) aircraft wing, the effects of geometric structural nonlinearity are investigated. To consider the structural nonlinearity, structural analysis program based on the large deflection beam theory is introduced. For the validation of the nonlinear structural analysis, the static and dynamic structural analysis results are compared with experimental data of Princeton beam. The aeroelastic characteristics are analyzed using the TSD (transonic small disturbance) equation coupled with the nonlinear structural analysis program. From the nonlinear aeroelastic analysis, it is found that the flutter boundary is slightly changed comparing to linear flutter boundary when the effect of structural nonlinearity is considered. On the other hand, the in-plane bending mode is found near the lowest mode due to the stiffness reduction in the in-plane direction. To investigate the effect of in-plane mode in aeroelastic analysis, the aeroelastic analysis is conducted with the Euler equation. For the efficient computation, the high-performance computing is applied. And the spring analogy technique is used for the grid deformation. The flutter velocity is decreased in transonic region due to the influence of the in-plane mode and shock wave drag.
본 연구에서는 큰 가로세로비 날개의 공력탄성학적 특성에 대한 연구를 수행하였다. 큰 가로세로비 날개의 구조는 외부공기력과 상호작용 시, 큰 변형으로 인한 기하학적 구조비선형성이 발생된다. 이를 위하여 고고도 장기체공항공기 날개를 사용하여, 기하학적 구조비선형성 효과를 조사하였다. 구조 비선형성을 고려하기 위하여, 대변형 보 이론에 기반한 구조해석 프로그램을 도입하였다. 비선형 구조의 검증을 위하여, 본 연구의 정적 및 동적 해석 결과와 프린스턴 빔 실험 결과와 비교를 수행하였다. 천음속 미소교란방정식과 구조 비선형 해석 프로그램을 연계하여 공탄성 해석 및 특성을 분석하였다. 비선형 공탄성 해석 결과, 선형 해석으로 예측한 플러터 경계와 비선형 구조해석을 적용한 플러터 경계의 차이를 확인하였다. 한편, 큰 가로세로비 날개는 면내 방향의 강성 저하로 인한 면내 굽힘 모드가 저차에서 발생된다. 이러한 면내 모드를 공탄성 해석에서 고려하기 위하여 오일러 방정식에 기반한 공탄성 해석을 수행하였다. 효율적인 수치해석을 위하여, 고성능 계산기법을 적용하였다. 또한 격자 변형을 위하여 스프링 상사 기법을 사용하였다. 해석결과 천음속 영역에서 면내 모드를 고려한 플러터 속도는 면내 모드를 고려하지 않은 경우보다 저하됨을 확인하였다.