Yong-beom PYEON;Jae-Hyun BAE;Hyoung-Ho KIM;Chang-Je LEE
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.59
no.1
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pp.65-73
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2023
This study analyzed the duct characteristics of hubless rim-driven propeller (RDP) used in underwater robots. In the previous study, flow visualization experiments were performed with an advancing ratio of 0.2 to 1. The vortex at the front of the duct increased in strength while maintaining its size as the advancing ratio decreased. Therefore, it is necessary to study the optimization of the duct shape. Conventional propeller thrusters use acceleration/deceleration ducts to increase their efficiency. However, unlike conventional propellers, it is impossible to apply to airfoil acceleration/deceleration ducts due to the RDP structure. In this study, duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency according to the duct shape of RDP were analyzed using numerical analysis techniques. Duct design is limited and six duct shapes were designed. As a result, an optimized duct shape was designed considering duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency. The shape that the outlet width of the RDP was kept constant until the end of the duct showed higher thrust force and efficiency.
The aerodynamic force is a significant component that influences the stability and safety of structures. It has unstable properties and depends on computer precision, making its long-term prediction challenging. Accurately estimating the aerodynamic traits of structures is critical for structural design and vibration control. This paper establishes an unsteady aerodynamic time series prediction model using Long Short-Term Memory (LSTM) network. The unsteady aerodynamic force under varied Reynolds number and angles of attack is predicted by the LSTM model. The input of the model is the aerodynamic coefficients of the 1 to n sample points and output is the aerodynamic coefficients of the n+1 sample point. The model is predicted by interpolation and extrapolation utilizing Unsteady Reynolds-average Navier-Stokes (URANS) simulation data of flow around a circular cylinder, square cylinder and airfoil. The results illustrate that the trajectories of the LSTM prediction results and URANS outcomes are largely consistent with time. The mean relative error between the forecast results and the original results is less than 6%. Therefore, our technique has a prospective application in unsteady aerodynamic force prediction of structures and can give technical assistance for engineering applications.
In the present work, the thrust and torque of multicopter propellers in hovering are predicted based on BET method. The geometry information of the propellers is obtained using a three dimensional scanner and the airfoil section is extracted using CATIA. EDISON CFD is adopted to calculate the drag and lift of airfoil at a given geometry and flow conditions and then thrust is calculated with respect to a given RPMs based on BET. Two simulations with laminar and turbulent flows are considered. The predicted value is compared with the performance data from the Product Company and results from JavaProp software, which is used in the design and prediction of propellers. In the case of a 9-inch propeller, the thrust from the product company is corresponding to the results between the laminar and turbulent flow conditions. In the 16-inch case, the predicted thrust at turbulent flow conditions conformed well with reference one. The predicted torque shows a big difference with the reference data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.1
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pp.1-7
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2013
An aerodynamic rig test of a radial turbine for an auxiliary power unit (APU) was performed at a high-temperature turbine test facility at the Korea Aerospace Research Institute. The pressure ratio, Mach number, and flow coefficient in the rig test are the same as those under normal engine operation conditions. The design pressure ratio is 3.096, design test speed is 34909 rpm, and turbine inlet temperature is $160^{\circ}C$. The turbine has airfoil-type nozzles, and the diameter of the turbine wheel is 175.74 mm. The turbine map is experimentally measured, and the detailed flow at the turbine inlet is measured. The pressure distribution in the nozzle at both the hub and the shroud sides and the pressure distribution along the shroud casing of the turbine wheel were measured, and this confirmed that the expansion process in the turbine wheel is acceptable.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.3
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pp.485-492
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2021
The wind turbines with a rated capacity of 50kW or less are generally considered as small class. Small wind turbines are an attractive alternative for off-grid power system and electric home appliances, both as stand-alone application and in combination with other energy technologies such as energy storage system, photovoltaic, small hydro or diesel engines. The research objective is to develop the 50kW scale wind turbine blades in ways that resemble as closely as possible with the construction and methods of utility scale turbine blade manufacturing. The mold process based on wooden form is employed to create a hollow, multi-piece, lightweight design using carbon fiber and fiberglass with an epoxy based resin. A hand layup prototyping method is developed using high density foam molds that allows short cycle time between design iterations of aerodynamic platforms. A production process of five blades is manufactured and key components of the blade are tested by IEC 61400-23 to verify the appropriateness of the design. Also, wind system with developed blades is tested by IEC 61400-12 to verify the performance characteristics. The results of blade and turbine system test showed the available design conditions for commercial operation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.42
no.2
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pp.108-118
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2014
On the optimization design problem using surrogate model, it requires considerable number of sampling points to construct a surrogate model which retains the accuracy. As an alternative to reduce construction cost of the surrogate model, Variable-Fidelity Modeling(VFM) technique, where correct high fidelity model based on the low fidelity surrogate model is introduced. In this study, hierarchical kriging model for variable-fidelity surrogate modeling is used and an optimization framework with multi-objective genetic algorithm(MOGA) is presented. To prove the feasibility of this framework, airfoil design optimization process is performed for the transonic region. The parameters of PARSEC are used to design variables and the optimization process is performed in case of varying number of grid and varying fidelity. The results showed that pareto front of all variable-fidelity models are similar with its single-level of fidelity model and calculation time is considerably reduced. Based on computational results, it is shown that VFM is a more efficient way and has an accuracy as high as that single-level of fidelity model optimization.
Kim, Do-Hyung;Kang, Hee Jung;Wie, Seong-Yong;Kim, Seung-Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.11
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pp.855-864
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2013
Active tab is one of the promising technology for the BVI (blade-vortex interaction) noise reduction, and analysis of noise reduction performance is very important phase of the technology development. For the purpose of analysing the performance of noise reduction using active tab, CAMRAD II model for a model-scale rotor system was constructed utilizing structural design result and airfoil aerodynamic data generated by CFD (computational fluid dynamics) calculation. HHC strategy was applied to descent flight condition and air-load was calculated by CAMRAD II then variations of BVI noise was calculated by in-house program. Calculation result with respect to tab length and control phase changes showed BVI noise could be reduced by -3.3dB.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.5
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pp.375-380
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2007
The nonlinear aerodynamic analysis of wing with control surface is performed using the frequency-domain panel method. To take into consideration the nonlinear aerodynamic characteristics of wing an iterative decambering approach is introduced. The iterative decambering approach uses the known aerodynamic characteristics of airfoil to calculate the aerodynamic characteristics of wing. The multi-dimensional Newton iteration is used to account for the coupling between the different sections of wing. The present method is verified by showing that it produces results that are in good agreement with experiments. The present method will be useful for the analysis of aircraft in the conceptual design because the present method can calculate promptly the nonlinear aerodynamic characteristics of wing with a few computing resources.
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.3
no.3
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pp.183-191
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2015
In this study, the finite element analysis was carried out to investigate dynamic characteristics of the AGF(Active Gurney Flap) which is under development for reducing vibration and noise of the helicopter rotor system. The Gurney flap is a kind of small flat plate, mounted normal to the lower surface of the airfoil near to the trailing edge. An electric motor, L-shaped linkages and flap parts were integrated into a rotor bade, and 3~5/rev control was given to the AGF to reduce the vibration in the fixed frame. Thus, an explicit time integration method was adopted to investigate the dynamic response of the AGF with considering both centrifugal force due to the rotor rotation and active control input, and it can be seen that the vertical displacement of the AGF was satisfied to meet the design requirement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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