Korea Aerospace Research Institute is performing 3 stage transonic axial compressor development program. This paper introduces design step of the compressor, the performance test results and its analysis. In the fore part of the paper, aerodynamic process of the 3 stage axial compressor is presented. To satisfy both of the mass flow and pressure rise, the compressor should rotate at a high rotational speed. Therefore the transonic flow field forms in the rotor stages and it is designed with a relatively high pressure rise per stage to satisfy its design target. The compressor stage consists of 3 stages, and the bulk pressure ratio is 2.5. The first stage is burdened with the highest pressure ratio and less pressure rises occur in the following stages. Also it is designed that tip Mach number of the first rotor row does not exceed 1.3, while the maximum relative Mach number in the rotor stage is between 1.3~1.4 to increase the compressor flow coefficient. The final design has been confirmed by iterating three dimensional CFD calculations to verify design target and some design intentions. In the latter part of the paper, its performance test processes and results are presented. The performance test result shows that the overall compressor performance targets; pressure ratio and efficiency are well achieved. The stator static pressure distributions show that the blade loading is gradually increasing from the downstream of the compressor.
This paper describes a turbine test program conducted at Seoul National University(SNU). To measure blades' aerodynamic performance, either linear(2-Dimensional) or annular(3-Dimensional) cascades are often used. However, neither cascade can consider effects such as those due to rotation or rotor-stator interaction. Therefore, a rotating test facility for axial turbines has been designed and built at SNU, and its description is given in this paper. The results from an axial turbine performance test are presented. At the design point, the measured efficiency agrees with the efficiency predicted by a meanline analysis. At off design points, however, the measured and predicted efficiencies diverge. The most likely cause is hypothesized to be the inaccuracy of correlations used in the meanline analysis at off design points.
An electrical cascade impactor is a multi-stage impaction device to separate airborne particles into aerodynamic size classes using particle charging and electrical detection techniques. A Faraday cage and an aerosol charger, which are basic components of the electrical cascade impactor, were designed and evaluated in this study. The low-level current response of the Faraday cage was investigated with changing particle size and air flow rate by using sodium chloride (NaCl) particles. The response of the prototype Faraday cage was very similar to that of a commercial aerosol electrometer (TSI model 3068) within ${\pm}$5% for singly-charged particles. The response linearity of the prototype Faraday cage could be extended up to flow rate of 30 L/min. For the performance evaluation of the aerosol charger the monodisperse liquid dioctyl sebacate (DOS) particles, with diameters of 0.1∼0.8$\mu\textrm{m}$, were generated using spraying from an atomizer followed by evaporation-condensation process. Typical performance parameters of the aerosol charger such as P$.$n, wall loss, and elementary charges per particle were evaluated. The performance of the prototype aerosol charger was found to be close to that of the aerosol charger used in an electrical low pressure impactor (ELPI, Dekati).
An electrical cascade impactor is a multistage impaction device to separate airborne particles into aerodynamic size classes using electrical method. We designed a real-time three-stage electrical low-pressure impactor, which is proper to nanometer sized environmental aerosols. Performance evaluation was carried out for stage 1 and 2. The monodisperse liquid dioctyl sebacate (DOS) particles were generated using condensation-evaporation followed by electrostatic classification using DMA (differential mobility analizer) for particles with diameters in the range of $0.04{\sim}0.8{\mu}m$. The evaluation of the electrical impactor is based on the use of two electrometers, one connected to the impaction plate of the impactor, and the other to the faraday cage as backup filter. The results showed that the experimental 50% cutoff diameters in the operation pressure were 0.53 and $0.12{\mu}m$ for stage 1 and stage 2. The effect of operation pressure on the cutoff diameter and the steepness of collection effcieicy curves is investigated.
The changing process from hovering mode to transition one is of importance to determine a stability of tilt-rotor aircraft, which is utilized in UAV(Unmaned Aerial Vehicle). The analysis on fluid flows and aerodynamic characteristics according to variation of tilting angle of rotor is essential step in development of tilt-rotor. In the present study, the computation domain is divided into the rotating and stationary regions in order to consider the rotating blades. For the convenient realization of various tilting angle as well as application of boundary condition, the whole computation region is constructed into sphere domain. The near farfield boundary condition is adopted. The airfoil used in computation is NACA 0012. The computation results for the hovering mode are validated by comparing with previously conducted experimental results. From the results, the flow fields around rotor blade and the aerodynamic characteristics in transition mode are observed. The computational result will provide the basis for development and performance evaluation of tilt-type aircraft.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권1호
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pp.78-83
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2011
Traditional autopilot design requires an accurate aerodynamic model and relies on a gain schedule to account for system nonlinearities. This paper presents the control architecture applied to a dynamic model inversion at a single flight condition with an on-line neural network (NN) in order to regulate errors caused by approximate inversion. This eliminates the need for an extensive design process and accurate aerodynamic data. The simulation results using a developed full nonlinear 6 degree of freedom model are presented. This paper also presents the stability evaluation for control systems to which NNs were applied. Although feedback can accommodate uncertainty to meet system performance specifications, uncertainty can also affect the stability of the control system. The importance of robustness has long been recognized and stability margins were developed to quantify it. However, the traditional stability margin techniques based on linear control theory can not be applied to control systems upon which a representative non-linear control method, such as NNs, has been applied. This paper presents an alternative stability margin technique for NNs applied to control systems based on the system responses to an inserted gain multiplier or time delay element.
In this study, the design and verification of 6 kW class lift-type vertical-axis wind turbine (VAWT) has been conducted using advanced CAE technique based on computational fluid dynamics (CFD), finite element method (FEM), and computational structural dynamics (CSD). Designed aerodynamic performance of the VAWT model is tested using unsteady CFD method. Designed structural safety is also tested through the evaluation of maximum induced stress level and resonance characteristics using FEM and CSD methods. It is importantly shown that the effect of master eccentricity due to rotational inertia needs to be carefully considered to additionally investigate dynamic stress and deformation level of the designed VAWT system.
The uncertainties of an atmospheric re-entry flight with respect to stability and controllability are aerodynamic error, measurement error of the angle of attack, variation of dynamic pressure, wind, and trim position of the control surfaces, etc. During hypersonic flight, a future angle of attack is biased from a nominal schedule. In order words, because the angle of attack is estimated from the navigation data, estimation error occurs due to wind, atmospheric density variation, etc. Error models used in this study, include a standard deviation of +-3 sigma, and are the normal distribution of statistics. This paper shows the appraisement of tracking performance onto the reference trajectory, satisfaction of the initial condition of TAEM about the re-entry system.
In the present study, 20 kW turbine for OTEC with a ejector and a motive pump is designed and performance prediction is implemented by means of CFD. The meridional analysis for initial geometry and CFD for detail design are used to design the turbine. This turbine has about 90.9% efficiency and 28.47 kW power at 15,000 rpm and pressure ratio of 1.53. Homogeneous mixture model is used because two phase flow can be occurred in the turbine. Performance evaluation is carried out and then results are presented by plotting of power, mass flow rate and efficiency as varying pressure ratio and rotational speed.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제13권3호
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pp.307-316
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2012
Numerical simulations of 3D aircraft configurations are performed in order to understand the effects of turbulence models on the prediction of aircraft's aerodynamic characteristics. An in-house CFD code that solves 3D RANS equations and two-equation turbulence model equations are used. The code applies Roe's approximated Riemann solver and an AF-ADI scheme. Van Leer's MUSCL extrapolation with van Albada's limiter is also adopted. Various versions of Menter's $k-{\omega}$ SST turbulence models as well as Coakley's $q-{\omega}$ model are incorporated into the CFD code. Menter's $k-{\omega}$ SST models include the standard model, the 2003 model, the model incorporating the vorticity source term, and the model containing controlled decay. Turbulent flows over a wing are simulated in order to validate the turbulence models contained in the CFD code. The results from these simulations are then compared with computational results from the $3^{rd}$ AIAA CFD Drag Prediction Workshop. Numerical simulations of the DLR-F6 wing-body and wing-body-nacelle-pylon configurations are conducted and compared with computational results of the $2^{nd}$ AIAA CFD Drag Prediction Workshop. Aerodynamic characteristics as well as flow features are scrutinized with respect to the turbulence models. The results obtained from each simulation incorporating Menter's $k-{\omega}$ SST turbulence model variations are compared with one another.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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