The present paper describes the flow analysis of the flows around the multicopter for the selection of optimal position of air data sensor. For the flow analysis, the commercial fluid dynamics solver, STAR-CCM+ was used with polygon mesh and k-w SST turbulence modeling options. For the simulation of each rotating 4 propellers, unstructured overset mesh method was used. Hovering, forward flight, ascending and descending flight conditions are selected for the analysis and airspeed and flow angle errors were investigated using the CFD results. Through the flow field analysis, sensor location above one propeller diameter distance from the propeller rotating plane showed airspeed error less than 1m/s within the typical flight conditions of multicopter except descending.
Tai, Myungsik;Lee, Yebin;Oh, Sejong;Shin, Jeongwoo;Lim, Joosup;Park, Donghun
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.2
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pp.107-120
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2021
Electric-powered distributed propulsion aircraft possess a complex wake flow and mutual interference with the airframe, due to the use of many propellers. Accordingly, in the early design stage, rapid aerodynamic and load analysis considering the effect of propellers for various configurations and flight conditions are required. In this study, an efficient panel-based aerodynamic analysis method that can take into account the propeller effects is developed and validated. The induced velocity field in the region of propeller wake is calculated based on Actuator Disk Theory (ADT) and is considered as the boundary condition at the vehicle's surface in the three-dimensional steady source-doublet panel method. Analyses are carried out by selecting an isolated propeller of the Korea Aerospace Research Institute (KARI)'s Quad Tilt Propeller (QTP) aircraft and the propeller-wing configuration of the former experimental study as benchmark problems. Through comparisons with the results of computational fluid dynamics (CFD) based on actuator methods, the wake velocity of propeller and the changes in the aerodynamic load distribution of the wing due to the propeller operation are validated. The method is applied to the analysis of the Optional Piloted Personal Aerial Vehicle (OPPAV) and QTP, and the practicality and validity of the method are confirmed through comparison and analysis of the computational time and results with CFD.
Propeller type pump has been widely used for pumping water in agricultural and manufacturing industry. Since a propeller type pump contains a screw impeller inside a circular casing, the numerical analysis becomes complex. However, the accurate prediction of viscous flow is essential for computing hydrodynamic performances. To analysis the flow and the performance of the propeller type pump, the present work has solved 3D incompressible RANS equations on the multiblocked grid. From the present calculation, small amount of flow separation was shown near hub and the flow was recovered to nearly uniform inflow after one diameter downstream. Torque and thrust coefficient were computed and compared with experiments.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.6
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pp.649-654
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2010
A three-dimensional numerical study of the WIG-effect vehicle with a direct-underside-pressurization (DUP) system and a propeller is performed to analyze the aerodynamic forces and moments acting on the vehicle. The computational model includes all the compartments of a WIG-effect vehicle, including a propeller in the middle of the fuselage and an air chamber under the fuselage. The DUP system and propeller help considerably reduce the take-off speed and minimize the effect of the hump drag when the vehicle accelerates to take off on water. The airflow is accelerated by a propeller, and the air then enters the air chamber through a channel in the middle of the fuselage, this air helps increase the lift since the dynamic pressure of air is converted to static pressure. However, the air accelerated by the propeller produces excessive drag and creates yawing moment. It is found that the effect of yawing and rolling moments on static stability is negligible.
It has been highly demanded to improve the accuracy of CFD(Computational Fluid Dynamics) methods for the assessment of the hydrodynamic performance of marine propellers in cavitating and non-cavitating flows. This paper presents a validation study on the numerical simulation of the tip vortex flow of a non-cavitating marine propeller SVA VP1304. The calculations are carried out by using the Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) approach, where the Reynolds Stress Model(RSM) is used for turbulence closure. The present paper contains a grid dependence test for the propeller open water simulations and a special emphasis is placed on conducting a local grid adaptation on the blade tip and in the tip vortex to reasonably reproduce the velocity and the pressure in the tip vortex flow field. The numerical results are compared with the experimental validation data, which are published in the second International Symposium on Marine Propulsors 2011(SMP'11). The present numerical results show a reasonable agreement with the experiments.
In this paper, viscous flow calculation of pump-jet that is used as underwater propulsor was made by using RANS equation. For the validation, calculation for DTRC4119 marine propeller was made and reasonable agreements were obtained between the present results and the experiment. An unstructured overset mesh technique is used for analysis of relative motion between rotor and stator in pump-jet propulsor. Results for pump-jet propulsor were compared with computational results of another researcher.
This paper explores three-dimensional unsteady computational fluid dynamic (CFD) analyses with an overset grid technique to analyse the wake effect created by a rotating propeller on a hand-launched unmanned aerial vehicle (UAV). Additionally, the influence of actual aileron deflection on the equilibrium condition of the rolling moment is examined in various hand-launched take-off conditions. The results of this study demonstrate the importance of initial aileron deflection in increasing the initial rolling stability during the hand-launched take-off process. Furthermore, an aerodynamic database is constructed to rapidly predict the aileron set values required for different take-off speeds and angle-of-attacks.
The present work solved 3D incompressible RANS equations on a rotating, multi-blocked grid system to efficiently analyze ducted marine propulsor with the interaction of propeller guidevane and annular duct. To handle the interface boundary between the guidevane and the propeller, a sliding multiblock technique based on the cubic spline interpolation was applied. To validate the present code, a turbine flow was simulated and the time-averaged pressure coefficients were compared with experiment. After the code validation, the flowfield around a ducted marine propeller with pre-swirl guidevane was simulated.
The one way fluid structure interaction analysis on advanced propeller blade for next generation turboprop aircraft. HS1 airfoil series are selected as a advanced propeller blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point. Blade sweep is designed based on the design mach number and target propulsion efficiency. The aerodynamic characteristics of the designed Advanced propeller were verified by CFD(Computational Fluid Dynamic) and showed the enhanced performance than the conventional propeller. The skin-foam sandwich structural type is adopted for blade. The high stiffness, strength carbon/epoxy composite material is used for the skin and PMI(Polymethacrylimide) is used for the foam. Aerodynamic load is calculated by computational fluid dynamics. Linear static stress analysis is performed by finite element analysis code MSC.NASTRAN in order to investigate the structural safety. The result of structural analysis showed that the design has sufficient structural safety. It was concluded that structural safety assessment should incorporate the off-design points.
This paper provides numerical results of the simulation for the flow around the hull and the propeller of KCS model ship advancing in shallow water conditions. A finite volume method is used to solve the unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) equations, where the wave-making problem is solved by using a volume-of-fluid(VOF) method. The wave formed near the hull surface in shallow water conditions shows a deep trough dominant pattern that causes the loss of buoyancy followed by hull squat. The flow past the hull increases as the depth of water decreases. However, the axial flow velocity around the stern shows a reduction in magnitude by the effect of shallow water accompanied by the hull-propeller interaction. As a results, the thrust and torque coefficient increase about 8.3% and 6.2%, respectively for a depth of h/T=3.0 corresponding to a depth Froude number of $F_h=0.693$. The resistance coefficient increases about 11.6% at this Froude number condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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