선박 엔진 성능평가를 위한 데이터 및 물리 기반 모델 연동 엔진 시뮬레이션 모델 개발

Development of a Data-Driven and Physics based Model Linked Simulation Model for Ship Engine Performance Evaluation

내연기관 엔진 성능평가를 위해서는 다양한 방법이 사용된다. 그러나 기존에 사용되던 방법들에는 각자 한계가 있다. 본 연구에서는 기존 엔진 성능평가 방법들의 한계들을 극복하고자 데이터 기반 모델 및 물리 기반 모델 연동 엔진 시뮬레이션 모델을 개발하였다. 터보차저 엔진 작동 과정에 관여하는 대표적인 구성 요소들을 식별하고 각 구성 요소는 특성에 맞게 데이터 기반 모델 혹은 물리 기반 모델로 모델링되었다. 설계된 구성 요소 모델들을 C++ 및 Python으로 구현 및 결합하여 엔진 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이터의 정상 동작을 확인하기 위하여 여러 변수의 수렴성을 시험하였다. 최종적으로 시뮬레이션 결과와 실제 엔진 시험 결과의 비교에서 대부분 변수가 5% 이하의 오차를 보임에 따라 시뮬레이션 모델이 검증되었음을 확인하였다. 본 연구에서 개발한 시뮬레이터를 적용한다면 적은 노력으로 다양한 엔진 모델들에 대한 성능평가가 가능할 것으로 기대된다. 동시에 추후 엔진 디지털트윈 개발 시 시뮬레이터가 핵심 역할을 할 수 있을 것으로 기대된다.

There are various methods to evaluate performance of a internal combustion engine. However, there have been several limitations for each methods. In this study, to overcome such limitations of a previous method, a data- driven model and physics based model linked simulation model is developed. The representative components of turbocharged engine which participate in running loop of an engine are sorted out. Sorted out components are modeled either by data-driven method or by physics based method. The engine simulator is developed by combining component model using C++ and Python. The convergence of several variables is tested to verify a simulator. Finally, as most variables has shown less than 5% error in comparison between the simulation result and the real engine test result, it is concluded that the simulator is validated. It is expected that the developed simulator could evaluate performance of various engine models with small effort. In addition, it is expected that the developed simulator would play a key role in developing an engine digital twin.