Transient aerodynamic response of an airfoil to a moving plane-flap is numerically investigated using two-dimensional Euler equations with conservative Chimera grid method. A body moving relative to a stationary grid is treated by an overset grid bounded by a 'dynamic domain-dividing line' the concept of which is developed in this study. A conservative Chimera grid method with a dynamic domain-dividing line technique is applied and validated by solving the flowfield around circular cylinder moving supersonic speed. The unsteady and transient characteristics of the flow solver is also examined by computations of a oscillating airfoil and a ramp pitching airfoil respectively. The transient aerodynamic behavior of an airfoil with a moving plane-flap is analyzed for various flow conditions such as deflecting rate of flap and free stream Mach number.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제1권1호
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pp.1-12
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2009
Wing-in-Ground vehicles and aerodynamically assisted boats take advantage of increased lift and reduced drag of wing sections in the ground proximity. At relatively low speeds or heavy payloads of these craft, a flap at the wing trailing-edge can be applied to boost the aerodynamic lift. The influence of a flap on the two-dimensional NACA 4412 airfoil in viscous ground-effect flow is numerically investigated in this study. The computational method consists of a steady-state, incompressible, finite volume method utilizing the Spalart-Allmaras turbulence model. Grid generation and solution of the Navier-Stokes equations are completed using computer program Fluent. The code is validated against published experimental and numerical results of unbounded flow with a flap, as well as ground-effect motion without a flap. Aerodynamic forces are calculated, and the effects of angle of attack, Reynolds number, ground height, and flap deflection are presented for a split and plain flap. Changes in the flow introduced with the flap addition are also discussed. Overall, the use of a flap on wings with small attack angles is found to be beneficial for small flap deflections up to 5% of the chord, where the contribution of lift augmentation exceeds the drag increase, yielding an augmented lift-to-drag ratio.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권5호
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pp.1091-1097
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2001
A numerical investigation was performed to determine the effect of airfoil on the optimum flap height using NACA 00XX and 44XX airfoils. The six flaps which have 0.5% chord height difference were selected . A Navier-Stokes code, FLUENT, was used to calculate the flow field of the airfoil. The code was first tested as a benchmark by modelling flow around a NACA 4412 airfoil. Predictions of local pressure coefficients are found to be in good agreement with the result of the experimental results. For every NACA 00XX and 44XX airfoil, flap heights ranging from 0.0% to 2.5% chord were changed by 0.5% chord interval and their effects were also studied. Representative results from each case are presented graphically and discussed. It is conclued that this initial approach gives an idea for the future development of the wind turbine optimum design.
The flow fields over multi-element airfoils with lift-enhancing flat-plate tabs were numerically investigated. Common choice of the height of the lift-enhancing tabs usually ranges from 0.25% to 1.25% of the reference airfoil chord, and in this study the effect of the position of the tab with l%-chord height was studied by varying the distance of the tab from the trailing edge ranging from 0.5% to 2% of the reference chord. In this paper, the effects of lift-enhancing tabs with various position were studied at a constant Reynolds number on a two-element airfoil with a slotted flap. Computed streamlines show that the additional turning caused by the tab reduces the amount of separated flow on the flap.
Aeroelastic response and control of airfoil-flap system exposed to sonic-boom, blast and gust loads in an incompressible subsonic flowfield are addressed. Analytical analysis and pertinent numerical simulations of the aeroelastic response of 3-DOF airfoil featuring plunging-pitching-flapping coupled motion subjected to gust and explosive pressures in terms of important characteristic parameters specifying configuration envelope are presented. The comparisons of uncontrolled aeroelastic response with controlled one of the wing obtained by feedback control methodology are supplied, which is implemented through the flap torque to suppress the flutter instability and enhance the subcritical aeroelastic response to time-dependent excitations.
During landing approach, an airplane could experience dynamic unstable motion by the combination of a gust and elevator control to cancel the disturbances. This situation is dangerous and could lead to a loss of an airplane. In this paper, numerical analysis was used to study the effect of pitch oscillating 2-D high lift devices in a landing condition. Experimental data on a pitching naca0012 airfoil was used for code validation. Dynamic characteristics of an airfoil, single slotted flap for mid-class passenger aircraft were analyzed. Unsteady Navier-Stokes analysis was performed with Spalart-Allmaras turbulence model for separation dominant low speed flow. As a result, flow hysteresis of a flapped airfoil was more complex than that of an oscillating airfoil. So, dynamic analysis of a flap in a landing condition is very important for operational safety.
The supersonic airplane with flapped biplane, Busemann biplane equipped flap, is superior to drag and noise reduction due to wave cancelation effect between upper and lower airfoils. In this study, it is numerically calculated and analyzed the lift, drag and lift to drag ratio of flapped biplane with respect to various the length and angle of the flap. Euler solver of EDISON CFD, web based computational fluid dynamic solver for the purpose of education, is employed. Depending on the length of the flap, lift and drag increase linearly, and there exists the optimum flap angle which maximize the lift-to-drag ratio at the freestream mach 2.0 on-design condition. The predictable relational expression is driven as liner equation. As a results of comparison with drag of flapped biplane, Busemann biplane, and diamond airfoil with the same lift, the drag of flapped biplane is 88.76% lower than that of the Busemann biplane and 70.67% lower than that of the diamond airfoil. In addition, the change of pressure is compared to confirm the noise reduction effect of flapped biplane at h/c=5 of lower airfoil. The shock strength of flapped biplane is smaller than that of other airfoils.
본 연구는 모핑 항공기 날개를 설계/제작하기 위한 선행 연구로서 기본날개단면 및 모핑날개단면에 대한 공력특성을 실험적으로 조사하였다. 이를 위해 Clark-Y형 에어포일을 가진 기본날개, 기계식 플랩을 가진 날개, 모핑플랩을 가진 날개를 제작하여 풍동실험을 수행하였다. 3축 로드셀을 이용하여 날개에 작용하는 양력, 항력 및 피칭모멘트를 측정하였으며, 풍동실험데이터는 Solid Blockage 와 Wake Blockage를 고려하여 보정하였다. 풍동 실험은 각 날개별로 다양한 속도, 레이놀즈, 받음각에 대해 수행되었다. 실험결과는 모핑 에어포일의 양력-항력 및 양력 피칭모멘트 특성이 기계식 플랩을 가지는 에어포일에 비해 우수한 것을 보여준다.
이 연구에서는 탄성 플랩이 뒷전에 장착된 2차원 날개 단면의 공력 특성을 전산 해석하였다. EDISON_CFD는 날개 주위의 비압축성 난류 유동을 시뮬레이션 하기 위해 이용되었으며, MIDAS_IT는 전산 해석 결과로 얻어진 압력 하중 하에서 탄성 플랩의 변위를 구조해석 하기 위해 사용되었다. EDISON_CFD와 MIDAS_IT의 반복 계산 절차를 이용하여, 플랩의 변위가 수렴되면 해석을 종료하여, 날개 단면에 작용하는 공력을 분석하였다. 양항비의 추정 결과 일정 받음각 이내에서 플랩의 유리한 효과가 나타날 것으로 예상된다.
본 연구에서는 높은 양력을 얻기 위하여 플랩 형상 최적 설계를 시도하였다. 플랩 형태는 플랩 중에서 가장 효율이 좋은 파울러 플랩(fowler flap)이다. 플랩 설계는 최적화 기법을 활용하여 진행하였고 최적화의 초기 형상은 general aviation airfoil과 Wentz 등이 개발한 플랩이다. 최적화 방법으로는 반응면 기법 (Response Surface Method)이 사용되었으며, Hicks-Henne 형상함수가 사용되었고, GA(W)-1 익형과 fowler flap이 조합된 형상의 유동장에 대하여 Navier-Stokes 해석을 수행하였다. 상용 최적화 프로그램인 Visual-Doc, 격자 생성 프로그램인 Gambit/Tgrid, 그리고 유동해석에는 Fluent를 이용하였다. 플랩의 윗면 형상과 gap에 대한 최적화를 수행하여 착륙조건에서의 양력이 증가하였다. 초기 형상과 최적화된 형상의 공력특성 변화를 관찰하기 위하여 항우연의 1m 풍동에서 시험을 수행하였다. 최적화된 형상은 대체로 예측치와 비슷한 경향을 보이나, 이른 실속이 관찰되었다. 또한, 날개와 플랩 간의 간격을 설계치보다 좁혀 줌으로써 양력특성이 향상됨을 알 수 있었는데, 이는 설계시 사용된 난류 모델의 영향이라 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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