• 풍력에너지저널
• /
• 제5권1호
• /
• pp.22-32
• /
• 2014

The structural design of a wind turbine must show the verification of the structural integrity of all load-carrying components. Also, design load calculations shall be performed using appropriate and accurate methods. In this study, advanced numerical approach for the calculation of design loads based on unsteady computational fluid dynamics (CFD) is presented considering extreme design load conditions such as the extreme coherent gust (ECG) and the 50 year extreme operating gust (EOG). Unsteady aerodynamic loads are calculated based on Reynolds average Navier-Stokes (RANS) equations with shear-stress transport k-ω(SST k-ω) turbulent model. A full three-dimensional 5 MW offshore wind-turbine model with rotating blades, hub, nacelle, and tower configuration is practically considered and its aerodynamic interference effect among blades, nacelle, and tower is also accurately considered herein. Calculated blade loads based on unsteady CFD method with respect to blade azimuth angle are compared with those by NREL FAST code and physically investigated in detail.

• Advances in aircraft and spacecraft science
• /
• 제4권4호
• /
• pp.353-369
• /
• 2017

Flutter is a dangerous phenomenon encountered in flexible structures subjected to aerodynamic forces. This includes aircraft, buildings and bridges. Flutter occurs as a result of interactions between aerodynamic, stiffness, and inertia forces on a structure. In an aircraft, as the speed of the flow increases, there may be a point at which the structural damping is insufficient to damp out the motion which is increasing due to aerodynamic energy being added to the structure. This vibration can cause structural failure, and therefore considering flutter characteristics is an essential part of designing an aircraft. Scientists and engineers studied flutter and developed theories and mathematical tools to analyze the phenomenon. Strip theory aerodynamics, beam structural models, unsteady lifting surface methods (e.g., Doublet-Lattice) and finite element models expanded analysis capabilities. Periodic Structures have been in the focus of research for their useful characteristics and ability to attenuate vibration in frequency bands called "stop-bands". A periodic structure consists of cells which differ in material or geometry. As vibration waves travel along the structure and face the cell boundaries, some waves pass and some are reflected back, which may cause destructive interference with the succeeding waves. This may reduce the vibration level of the structure, and hence improve its dynamic performance. In this paper, for the first time, we analyze the flutter characteristics of a wing with a periodic change in its sandwich construction. The new technique preserves the external geometry of the wing structure and depends on changing the material of the sandwich core. The periodic analysis and the vibration response characteristics of the model are investigated using a finite element model for the wing. Previous studies investigating the dynamic bending response of a periodic sandwich beam in the absence of flow have shown promising results.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제48권10호
• /
• pp.745-752
• /
• 2020

SpaceX Falcon 9에 탑재된 초음속 그리드핀 유동에 관한 수치해석을 통하여 해당 그리드핀의 공력특성을 평가하였다. 3차원 정상 수치해석 계산의 효율성 향상을 위하여 단위 그리드핀 개념을 도입하였다. 본 연구에서는 발사체의 받음각, 외부 프레임, 그리고 커넥팅 로드 등의 영향성을 보정하는 전후 처리과정을 개선하였고, 이에 따라 최종 공력계산의 정확도가 과거 연구에 비하여 향상되었음을 확인하였다. 이후 천음속과 초음속 비행조건에서 다양한 받음각을 갖는 SpaceX Falcon 9 그리드핀의 공력특성을 평가하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제46권3호
• /
• pp.197-209
• /
• 2018

본 연구에서는 전진 비행하는 쿼드 틸트 로터(Quad Tilt Rotor, QTR)에 대한 수치적 연구를 수행하여, 각 구성 요소에 의한 간섭효과와 위상차 및 로터 회전 방향 등 로터 운용조건에 의한 영향을 분석하였다. 효율적인 로터 유동장 계산을 위해 오픈소스 CFD 코드인 OpenFOAM에 Actuator Surface Method(ASM) 기법을 결합한 해석자를 사용하였다. 전 후방 날개의 양력은 날개 끝단에 부착된 로터의 회전 방향에 따라 증감하며 특히 후방 날개에서는 전 후방 로터에 의한 간섭효과가 복합적으로 나타난다. 전 후방 로터의 위상차에 의한 날개의 공력 성능 변화는 상대적으로 미미함을 확인하였다. 로터에서는 날개로 인한 폐쇄효과 발생에 따라 국소적으로 높은 추력이 발생한다. 특히, 후방 로터에서는 전방 나셀에서 발생한 후류의 간섭효과로 인해 전방 로터 대비 높은 국소적 추력이 발생한다. 또한 로터 간의 위상차에 따라 추력 요동의 진폭이 감소할 수 있음을 확인하였으며 운용 조건에 따른 전 후방 로터의 성능과 전체 비행체의 공력 성능을 비교, 분석하였다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
• /
• 제27권4호
• /
• pp.19-26
• /
• 2018

공중투하형 무인비행체는 비행성능의 극대화 및 모기체 탑재시의 소요공간 최소화를 위하여 접이식 직렬날개를 주로 사용한다. 이러한 접이식 직렬날개는 전방날개의 후류에 의한 후방날개 간섭문제, 날개 전개시 전후방 날개에 걸리는 피봇 모멘트의 불균형 등 일반적인 형태의 고정익 비행체와 다른 독특한 공기역학적 문제를 가지고 있다. 이에 본 논문에서는 유한체적법 기반의 전산유체역학을 통하여 여러 경우에 대하여 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였으며 접이식 직렬날개 방식 비행체의 여러 공기역학적 현상에 대해 분석하였다. 그 결과 받음각 변화에 따른 전방날개에 의한 후류영향을 최소화하기 위하여 전방 날개를 후방날개보다 수직방향으로 높게 설치할 필요가 있었다. 또한 공력에 의한 피봇모멘트를 고려시 전방날개에 비하여 후방날개가 훨씬 빠른 속도로 펼쳐질 수 있으므로 날개 펼침 기구 개발 시 이에 대한 고려가 필요함을 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제10권2호
• /
• pp.63-76
• /
• 2009

A study on the interference effects of overlapping tandem rotors in forward flight is conducted using the time-marching free-wake panel method which adopts field velocity boundary integral formulation. The conventional boundary integral formulation is numerically unstable for the cases when the blade and the wake are in close proximity to each other. In order to avoid this problem, this study applies the field velocity method and modifies the boundary integration formulation. The improved method is used for the parametric study on the advance ratio and the distance between the rotors. These are the parameters that most affect the interference of the tandem rotor in forward flight. Comparison of the aerodynamic performance shows that the horizontal distance between the rotors negligibly influences the overlap-induced power factor for high advance ratio. In addition, it shows that the overlap-induced power factor is inversely proportional to the squared vertical distance between the rotors, and that the overlap-induced power factor increases to a certain extent and decrease back as the advance ratio increases.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제36권3호
• /
• pp.211-219
• /
• 2008

본 연구에서는 삼차원 비정렬 비점성 유동 해석 코드를 이용하여 전투기 형상의 외부 장착물이 꼬리 날개에 미치는 공력 간섭효과에 대한 연구를 수행하였다. 수치적 기법으로는 격자점 중심(vertex-centered)에 기초한 유한체적법과 시간 적분을 위한 내재적인 point Gauss-Seidel 반복 계산법을 사용하였다. 해석 코드의 검증을 위해 전투기 형상에 대한 정상 유동 계산을 수행하였으며 결과를 실험 데이터와 비교하였다. 외부 장착물의 후류(wake)를 정확히 포착하기 위해 예상되는 후류 영역에 대해 국부적인 격자 조밀화를 수행하였으며 천음속 영역에서의 비정상 유동 해석을 통해 외부 장착물에서 발생하는 후류가 수평꼬리날개에 미치는 간섭효과를 확인하였다. 공력 간섭효과를 감소시키기 위한 대안으로는 뒷전 플랩 꺽임각(trailing edge flap deflection)을 고려하였으며 이에 대한 정량적인 감소효과를 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제49권2호
• /
• pp.107-120
• /
• 2021

전기동력 분산추진 비행체는 다수의 프로펠러로 인하여 복잡한 프로펠러 후류 유동 및 기체와의 상호간섭이 발생한다. 이에 따라 초기설계 단계에서는 다양한 형상과 비행 조건에 대하여 프로펠러 구동 효과를 반영한 신속 공력 및 하중 해석이 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 효과를 고려할 수 있는 패널 기반의 효율적인 공력해석 기법을 개발, 검증하였다. Actuator Disk Theory(ADT)에 기반하여 프로펠러 후류 영역의 유도 속도장을 계산하고, 이를 3차원 정상 용출-중첩 패널기법의 비행체 표면 경계조건에 반영하였다. 한국항공우주연구원의 Quad Tilt Propeller(QTP) 비행체 단독 프로펠러와 선행 실험 연구의 프로펠러-날개 형상을 벤치마크 문제로 선정하여 해석을 수행하였다. Actuator 기법 기반의 전산유체역학(CFD) 결과와의 비교를 통해 프로펠러의 후류 속도장과 프로펠러 구동에 따른 날개의 공력하중 분포 변화를 검증하였다. 자율비행 개인용 항공기(Optional Piloted PAV, OPPAV)와 QTP 공력해석에 기법을 적용하고, CFD와의 해석 소요 시간 및 결과 비교, 분석을 통해 기법의 실용성과 타당성을 확인하였다.

• Wind and Structures
• /
• 제10권4호
• /
• pp.383-398
• /
• 2007

The paper describes a study of the effects of structural coupling on the wind-induced response of twin tall buildings connected by a skybridge. Development of a dual high-frequency force balance used in wind tunnel investigation and background information on the methodology employed in analysis are presented. Comparisons of the wind-induced building response (rooftop acceleration) of structurally coupled and uncoupled twin buildings are provided and the influence of structural coupling is assessed. It is found that the adverse aerodynamic interference effects caused by close proximity of the buildings can be significantly reduced by the coupling. Neglecting of such interactions may lead to excessively conservative estimates of the wind-induced response of the buildings. The presented findings suggest that structural coupling should be included in wind-resistant design of twin tall buildings.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산유체공학회 2008년도 춘계학술대회논문집
• /
• pp.464-467
• /
• 2008

An ejector is designed for the purpose of engine bay cooling. The primary flow of the ejector is the exhaust gas of the PW206C turboshaft engine. The mass flow of secondary flow is calculated by using the approximate analytic equation. And the effect of exhaust gas flow on the fuselage surface is investigated by using the Fluent Code. Three types of exhaust duct shape were compared in the viewpoint of surface temperature and aerodynamic drag. As a result, exhaust duct shape P3 shows minimum interference of exhaust gas and fuselage and minimum increment of drag among the three candidate shapes.