In this work, we propose a new idea of flapping airfoil design for optimal aerodynamic performance from detailed computational investigations of flow physics. Generally, flapping motion which is combined with pitching and plunging motion of airfoil, leads to complex flow features such as leading edge separation and vortex street. As it is well known, the mechanism of thrust generation of flapping airfoil is based on inverse Karman-vortex street. This vortex street induces jet-like flow field at the rear region of trailing edge and then generates thrust. The leading edge separation vortex can also play an important role with its aerodynamic performances. The flapping airfoil introduces an alternative propulsive way instead of the current inefficient propulsive system such as a propeller in the low Reynolds number flow. Thrust coefficient and propulsive efficiency are the two major parameters in the design of flapping airfoil as propulsive system. Through numerous computations, we found the specific physical flow phenomenon which governed the aerodynamic characteristics in flapping airfoil. Based on this physical insight, we could come up with a new kind of airfoil of tadpole-shaped and more enhanced aerodynamic performance.
To develop an aerodynamic performance, two groups of studies have been achieved widely. One is about the geometric design of vehicles and the other is about aerodynamic devices. Geometric design is a credible and stable method. However, it is not flexible and each part is related interactively. Therefore, if one part of geometry is modified, the other part will be required to redesign. On the other hand, the flow control by aerodynamic devices is flexible and modulized method. Even though it needs some energy, a relatively small amount of input makes more advanced aerodynamic performance. Synthetic jet is one of the method in the second group. The device repeats suctions and blowing motions in constant frequency. According to the performance, the adjacent flow to flight surface are served momentum. This mechanism can reduce the aerodynamic loss of boundary layer and separated flow. A synthetic jet actuator has several parameters, which influences the flow control. This study focuses on the parameter effects of synthetic jet - orifice geometry, frequency, jet speed and etc.
The unsteady flow field disturbance between the blades and tower is one of the primary factors affecting the aerodynamic performance of wind turbine. Based on the research object of a 3MW horizontal axis wind turbine which was developed independently by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, numerical simulation on the aerodynamic performance of wind turbine system in halt state with blades in different position was conducted using large eddy simulation (LES) method. Based on the 3D unsteady numerical simulation results in a total of eight conditions (determined by the relative position with the tower during the complete rotation process of the blade), the characteristics of wind pressure distributions of the wind turbine system and action mechanism of surrounding flow field were analysed. The effect of different position of blades on the aerodynamic performance of wind turbine in halt state as well as the disturbance effect was evaluated. Results of the study showed that the halt position of blades had significant effect on the wind pressure distribution of the wind turbine system as well as the characteristics of flow around. Relevant conclusions from this study provided reference for the wind-resistant design of large scale wind turbine system in different halt states.
The prediction method of the performance and aerodynamic noise from a sirocco fan was developed and compared with measured data. To predict the performance of the sirocco fan, the well-known slip coefficients and various loss models were tested and applied to forward curved sirocco impellers. Using loss models proposed for both impeller and casing, the predicted performance characteristics were in good agreement with measured ones by an ANSI test plenum. Various scaling models for aerodynamic noise from the sirocco fan were evaluated and tested against measured power levels in terms of flow coefficient. It was shown that the turbulent broadband sound power from the sirocco fan can be modeled successfully by trailing edge noise.
In the present paper, a transonic mixed-flow compressor that has relatively lower frontal area than that of centrifugal compressors is discussed, and aerodynamic design as well as performance prediction are performed. Main design constraints are compressor exit Mach number of 0.3 and flow angle of 30degrees at the design point, and maximum overall compressor diameter of 177mm, that is 7.0inch. The mass flow rate of design point and pressure ratio are 1.05kg/s and 5.2:1, respectively. The aerodynamic design results show that the transonic compressor designed with forward-swept inducer and curved diffuser can have the target performance with efficiency of 75% within the given constraints. And the compressor exit flow characteristics are discussed here.
Aerodynamic design optimization of rotor airfoil has been performed with advanced design method for improved aerodynamic characteristics of ONERA airfoils. A multiple response surface method is used to consider various requirements in rotor airfoil design. Shape functions for mean camber line are proposed to extend possible design domain. Numerical simulations are performed using KFLOW, a Navier-Stokes solver with shear stress transport turbulence model. The present design method provides favorable configurations for the high performance rotor airfoil. Resulting optimized airfoils give better aerodynamic performance than the baseline airfoils.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제15권4호
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pp.374-382
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2014
This paper presents the computational aerodynamic analysis of a long-endurance UAV that was developed by the Korea Aerospace Research Institute (KARI), named EAV-2. EAV-2 is a technical demonstrator of aerodynamically efficient design, as well as a hybrid electric-propulsion system for future long-endurance UAVs. We evaluated the aerodynamic characteristics of six low-Reynolds number airfoils, using a panel method code, XFOIL, to select an optimal airfoil for the long-endurance mission of EAV-2. The computational results by a CFD code, FLUENT, suggested that the aerodynamic performance of EAV-2 would be notably improved after adopting SG6043 airfoil, and modifying the fuselage design. This reduced the total drag by 43%, compared to that of a previous KARI model, EAV-1, at the target lift of $C_L=1.0$. Also, we achieved a drag reduction of approximately 14% by means of the low-drag fuselage configuration.
In-situ particle monitors(ISPMs) are widely used for monitoring contaminant particles in vacuum-based semiconductor manufacturing equipment. In the present research, the performance of a Particle Measuring Systems(PMS) Vaculaz-2 ISPM at low pressures has been studied. We generated the uniform sized methylene blue particle beams using three identical aerodynamic lenses in the center of the vacuum line, and measured the detection efficiency of the ISPM. The effects of particle size, particle concentration, mass flow rate, system pressure, and arrangement of aerodynamic lenses on the detection efficiency of the ISPM were examined. Results show that the detection efficiency of the ISPM greatly depends on the mass flow rate, and the particle Stokes number. We also found that the optimum Stokes number ranges from 0.4 to 1.9 for the experimental conditions.
Aerodynamic design optimization of rotor airfoil has been performed with advanced design method for improved aerodynamic characteristics of ONERA airfoils as a baseline. A multiple response surface method is used to consider various consider various constraints in rotor airfoil design. Airfoil surface and mean camber line are modified using various shape functions. Numerical simulations are performed using KFLOW, a Navier-Stokes solver with shear stress transport turbulence model. The present design method provides favorable configurations for the high performance rotor airfoil. Resulting optimized air foils give better aerodynamic performance than the baseline airfoils.
Propeller shall have high efficiency and improved aerodynamic characteristics to get the thrust to fly at high speed for the turboprop aircraft. That is way Clark-Y airfoil which is used to conventional 1600kW class aircraft propeller is selected as a blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the propeller 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 of turboprop aircraft. The propeller design results indicate that is evaluated to be properly constructed, through analysis of propeller aerodynamic characteristics using the Meshless method and MRF, SM method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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