• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권6호
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• pp.54-62
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• 2023

자유로운 이착륙과 뛰어난 비행능력을 가진 플랩핑 날갯짓 비행체에 관한 집중적 연구개발이 진행되고 있다. 대부분의 플랩핑 날갯짓에 관한 연구는 동기화된 운동의 다양한 운동변수에 대한 연구들로 비동기 운동을 수행하는 에어포일의 비정상 공력 특성에 미치는 영향에 대한 관심은 크지 않았다. 본 연구에서는 히브와 피치 진동운동 주파수가 서로 다른 에어포일의 비정상 공력특성을 수치적으로 연구했다. 먼저 비동기 운동에 따른 운동특성과 받음각 변화를 파악하였다. 해석 결과 진동수 비가 1.0인 경우 양력은 발생하지 않았고 추력이 크게 발생했다. r=0.5인 경우 양력이 크게 발생하였다. 에어포일 주변의와 분포와 표면에서의 압력계수를 분석하여 비동기 진동운동을 하는 에아포일의 공력특성을 분석했다. r=0.5인 경우 r=1.0인 경우 보다 더 큰 앞전 및 뒷전 와들이 관찰되었으며, 이 와들이 비동기 진동운동을 하는 에어포일의 공력특성에 큰 영향을 미친 것을 발견하였다. 향후 피치진동의 진폭이 비동기 진동운동을 하는 에어포일의 비정상 공력특성에 미치는 영향을 연구할 계획이다.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2009년 추계학술대회논문집
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• pp.151-158
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• 2009

To implement the insects' flapping flight for developing flapping MAVs(micro air vehicles), the unsteady flow characteristics of the insects' forward flight is investigated. In this paper, two-dimensional FSI(Fluid-Structure Interaction) simulations are conducted to examine realistic flow features of insects' flapping flight and to examine the flexibility effects of the insect's wing. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method are implemented as the fluid module while the dynamic finite element equations using a direct integration method are employed as the solid module. In order to exchange physical information to each module, the common refinement method is employed as the data transfer method. Also, a simple and efficient dynamic grid deformation technique based on Delaunay graph mapping is used to deform computational grids. Compared to the earlier researches of two-dimensional rigid wing simulations, key physical phenomena and flow patterns such as vortex pairing and vortex staying can still be observed. For example, lift is mainly generated during downstroke motion by high effective angle of attack caused by translation and lagging motion. A large amount of thrust is generated abruptly at the end of upstroke motion. However, the quantitative aspect of flow field is somewhat different. A flexible wing generates more thrust but less lift than a rigid wing. This is because the net force acting on wing surface is split into two directions due to structural flexibility. As a consequence, thrust and propulsive efficiency was enhanced considerably compared to a rigid wing. From these numerical simulations, it is seen that the wing flexibility yields a significant impact on aerodynamic characteristics.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권6호
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• pp.653-663
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• 2012

본 논문에서는 높은 기동성을 목적으로, 적절한 양력과 추진력이 발생하도록 스트로크 평면의 경사각을 고려하여 경로최적화를 수행한다. 기동성비행은 추진력을 최대화하는 비행, 양력을 최대화하는 비행, 양력과 추진력을 동시에 최대화하는 비행 세 가지로 정의하고 날갯짓운동은 단순한 사인함수로 이루어진 플런징과 피칭운동으로 정의하였다. 경로최적화 과정에서 직교배열표를 이용하여 후보점을 생성하고, 그 후보점에서 2 차원 비정상 유동해석을 하였다. 유동해석 결과를 바탕으로 크리깅방법을 이용하여 근사모델을 생성하였다. 그리고 설계정식화를 정의하고 유전알고리즘을 이용하여 최적화를 수행하였다. 세 가지 목적의 날갯짓 경로의 최적화를 통해 기동성비행을 위한 날갯짓 경로를 제시하였다. 또한 날갯짓 운동으로 인해 생성되는 와류를 분석함으로써 양력과 추진력의 발생원리를 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제13권2호
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• pp.238-249
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• 2012

Flight test of flapping micro air vehicles (FMAVs) is carried out using an instrumented measurement system to obtain various engineering parameters and hence to assess the flight performance of the vehicles through the data investigation. An indoor flight test facility equipped with a motion capture system and tracking cameras is used for the work presented in this paper. Maneuvers including straight-level flight, ground flapping, takeoff and landing are tested. Spatial position and orientation data are obtained from the retro-reflective tracking markers attached to the vehicles. Subsequent test analysis is carried out by generating performance parameters from raw data and then assessing the flight performance by comparison of the vehicles. The main findings of this work confirm that the test method and procedures presented here enable the systematic numerical data measurement and assessment of the flying performances of these vehicles, and show the applicability for the test and evaluation of general flapping MAVs.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권10호
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• pp.1385-1391
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• 2010

본 논문에서는 폰 카메라 응용을 위해 H 형 비틀림 스프링으로 지지된 한 쌍의 사다리꼴 셔터 블레이드를 이용하는 초소형, 저전력, 고속 전자기력 Flapping 셔터를 제안한다. 기존의 정전기력 Rolling 셔터와 Flapping 셔터는 폰 카메라 응용을 위해 큰 입력 전압이 필요하며, 기존의 전자기력 Rotating 셔터는 큰 부피로 인해 폰 카메라에 사용하기 어렵다. 본 논문에서 제안하는 전자기력 Flapping 셔터는 폰 카메라에 사용 가능한 작은 크기로 회전 구동을 위해 저강성 H 형 비틀림 스프링과 저관성 사다리꼴 블레이드로 설계하여 제작된다. 실험에서 전자기력 Flapping 셔터는 입력전류 60 mA 에서 자기장 0.15 T 와 0.30 T 에 대하여 각각 최대 오버슈트 회전각 $80.2{\pm}3.5^{\circ}$와 $90.0{\pm}1.0^{\circ}$와, 정상 상태 회전각 $48.8{\pm}1.4^{\circ}$와 $64.4{\pm}1.0^{\circ}$ 성능을 보인다. 응답 시간 성능에서는 셔터 개방의 경우, 1.0 ms/20.0 ms 의 상승/정착 시간을 보이며, 셔터 폐쇄의 경우는 1.7 ms/10.3 ms 의 하강/정착 시간을 보인다. 본 논문에서는 폰 카메라용 셔터 응용을 위해 제안하는 전자기력 Flapping 셔터의 초소형(${\sim}8{\times}8{\times}2\;mm^3$), 저전력(${\leq}60\;mA$), 고속(~1/370 s) 성능을 실험적으로 검증하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 추계학술대회논문집
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• pp.723-726
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• 2005

The two major obstacles in the application of IPMC to flapping actuators operated in the air are solvent loss and actuation force. In this paper, solvent loss of various IPMCs made of Nafion$^{TM}$117(183$\mu$m thickness) has been experimentally investigated to find out the best combination of cation and solvent for minimal solvent loss in IPMCs and higher actuation force. For this purpose. experiments for the internal solvent loss measurement of IMPCs have been conducted for various combinations of cation and solvent. From the experiments, it was found that heavy water showed improvement in the operating time up to more than two minutes. in the tip force measurement of IPMCs, it was found that smaller and thicker IPMCs produced larger tip forces. However, the shorter IPMCs generated reduced actuation displacements and created flapping motion with decreased natural frequency. For the design of flapping device actuated by 5mm wide, 10mm long, 0.2mm thick IPMCs were used in the stacked form. Since the actuation force is a few gram-force, we stacked five IPMCs to improve actuation force. To amply the actuation force, rack-and-pin ion type hinge was used for the flapping device and insect (Cicadidae) wing was attached to the stacked IPMC actuator. In the flapping test, the device could generate flapping angle of 15$^{\circ}$ at 6Hz excitation by 2.5 voltage square wave input.

• 한국해양공학회지
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• 제33권2호
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• pp.189-195
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• 2019

In this study, experiments with a floater using flapping foils were performed to develop a new station keeping system that can maintain its position in waves without mooring lines. The foils applied to this system generate thrust using wave energy. In this experiment, the motion of the floater was analyzed in three different wave periods. Sixteen foils were attached to the cylindrical floater. The thrust of each foil was controlled by changing its azimuth angle, and three cases were compared. Based on the previous data, we made more precise measurements and found an optimal model for stationkeeping under each wave condition. We verified the potential of this new stationkeeping system using flapping foils, and conclusions were drawn from the results.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2002년도 추계 학술대회논문집
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• pp.35-40
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• 2002

This paper deals with a thrust generation on flapping-airfoil by dynamic stall. Dynamic stall refers to a series of complicated aerodynamic phenomena accompanied by a stall delay in unsteady motion. In most cases, once it occurs, the dynamic stall may lead to an abrupt fluctuation of aerodynamic forces. An inverse $k\acute{a}rm\acute{a}n$ vortex has been considered as a main reason for a thrust generation. In this paper, however, we have found out that a thrust is closely related to reduced frequency and leading edge vortex in addition to inverse Karman vortex. In order to certify our opinion, picking and plunging motions were calculated with the parameter of amplitude and frequency by using the unsteady, incompressible Navier-Stokes flow solver with a two-equation turbulence model. For more efficient computation, it is parallelized by MPI programming method.

• 한국가시화정보학회지
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• 제19권3호
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• pp.31-38
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• 2021

The energy harvesting system using an inverted flag is analyzed by using an immersed boundary method to consider the fluid and solid interaction. The inverted flag flutters at a lower critical velocity than a conventional flag. A fluttering motion is classified into straight, symmetric, asymmetric, biased, and over flapping modes. The optimal energy harvesting efficiency is observed at the biased flapping mode. Using the three different machine learning algorithms, i.e., artificial neural network, random forest, support vector regression, the energy harvesting efficiency is predicted by taking bending rigidity, inclination angle, and flapping frequency as input variables. The R² value of the artificial neural network and random forest algorithms is observed to be more than 0.9.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권4호
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• pp.261-267
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• 2013

본 논문에서는 헬리콥터 전진비행 조건에서 플래핑모션에 대하여 축소 로터 실험을 통하여 실험결과와 이론적인 예측결과를 비교하였다. 축소로터 성능 실험은 충남대학교 아음속 풍동에서 수행하였으며 1.8 x 1.8m의 개방형 시험부를 사용하였다. 전진비행조건에서의 실험 결과에 의하면 축소로터의 전진비행조건에서의 추력 결과를 고정한 조건에서 동력계수는 차이가 있는 것을 확인 할 수 있었다. 또한, 공력 성능 측정 결과와 이론적인 예측결과의 비교를 통하여 헬리콥터의 플랩핑 각도의 범위에 대하여 비교하여 보았다. Coning 각도, 횡방향과 종방향에 대한 플래핑 각도에 대해서는 실험결과와 예측결과의 유사함을 확인하였다.