추진체계 개념설계단계에서 불확실성 고려방법에 대한 연구

Uncertainty Quantification of Propulsion System on Early Stage of Design

고속추진체계의 시험평가에는 많은 비용과 시간이 필요하므로 시험자료의 양은 항상 부족하고, 설사 있더라도 지상시험 환경이 실제 비행조건과 일치하는 경우가 드물다. 이러한 이유로 설계자들은 설계결과에 대한 불확실성을 정량적인 확률로 제시하는데 어려움을 가지고 있다. 본 논문에서는 Evidence 기법을 이용하여, 시험자료 대신 개발자들의 경험과 공학적인 지식을 바탕으로 불확실성을 모델링하는 방법을 연구하였다. 연소효율은 이중연소램제트 엔진의 초기설계단계에서 가장 예측하기 어려운 변수중의 하나이다. 유사분야의 경험을 가진 설계자들이 이 값을 제시하는 것으로 가정하여 이중연소램제트 엔진의 설계결과에 대한 불확실성을 산출하였다. 나아가 흡입구와 연소기 출구면적으로 설계변수로, 추력성능과 thermal choking의 가능성을 제약함수로 하는 신뢰성 최적설계를 수행함으로써 시스템의 안전성을 확보하면서 최적의 성능을 얻을 수 있는 설계기법을 탐색하였다.

At the early stage of the development of high speed propulsion systems, the designers suffer from the lack of both the quantity and the quality of test data. In that situation, the associated uncertainties could not be modeled as probabilistic distribution since probabilistic modelling requires large amount of data. In this paper, instead, the information provided by experts based on their experience and engineering knowledge was used to model uncertainty using the evidence theory. In designing the DCR(Dual Combustion Ramjet) engine, the combustion efficiencies, not well understood and little data existing, are assumed to have been provided by experts. And the uncertainties are quantified by Evidence theory. The quantified uncertainties are incorporated into the optimization. The design variables, area of inlet and area of combustor exit, have been found while satisfying reliability margins of thrust and thermal choking. The results show a reasonable design of the engine under the uncertain circumstances.