• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제10권2호
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• pp.52-62
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• 2009

A three-dimensional compressible Navier-Stokes solver, KFLOW, using overlapped grids has recently been developed to simulate unsteady flow phenomena over helicopter rotor blades. The blade-vortex interaction is predicted for a descending flight using measured blade deformation data. The effects of computational grid resolution and azimuth angle increments on airloads were examined, and computed airloads and vortex trajectories were compared with HART-II wind tunnel data. The current method predicts the BVI phenomena of blade airloads reasonably well. It is found from the present study that a peculiar distribution of vorticity of tip vortices in an approximate azimuth angle range of 90 to 180 degrees can be explained by physics of the shear-layer interaction as well as the dissipation of numerical schemes.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권4호
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• pp.307-314
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• 2008

회전하는 물체의 표면에 걸리는 정상하중에 의해 발생되는 소음을 이론적으로 해석하여 그 방사특성을 분석하였다. 해석의 편의성을 위해, 물체의 표면에 걸리는 힘은 표면 전체에 고루 분포된 분산하중이 아닌 한 점에 집중된 점하중으로 표현하였고, 소음계산은 엄밀한 Lowson의 하중소음식을 사용하였다. Lowson 식의 각 항들을 수학적으로 보다 자세하게 구분하여 각 항들이 가지는 물리적 특성에 대해 논의하였다. 회전각속도를 변화시켜가며 단일 점하중에 의해 발생되는 소음의 방사특성을 근거리 및 원거리에서 조사하였고 그에 대한 이론적 근거를 제시하였다. 또한 거리에 따른 음압의 크기를 조사하여 근거리와 원거리에서의 음압감소비율 및 회전각가속도의 역할에 대해 논의하였다. 마지막으로, 점하중의 개수가 증가될 때 소음이 오히려 감소하는 현상을 설명함과 더불어 소음저감의 방안과 그 한계점 및 향후 연구주제에 대하여 논의하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권11호
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• pp.1073-1079
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• 2009

본 연구에서는 전진 비행하는 헬리콥터 로터 블레이드 표면의 압력장에 대한 공력 특성 분석 및 차수축소모델 구축을 위해 적합직교분해 (POD) 방법을 이용하였다. 에너지가 큰 특정 모드를 기반으로 전진 비행하는 비정상 로터 블레이드에 대한 공기역학적 특성을 분석하였으며, CFD 계산 결과의 검증을 위해 제자리비행에 대한 실험 결과와 비교하였다. 수렴속도를 향상시키기 위해 Multi-grid 기법을 사용하였으며, 회전하는 로터 블레이드 주위의 비정상 유동을 모사하기 위해 슬라이딩 격자를 이용하였다. 그 결과 240개의 Snapshot에 대해 에너지율 99% 이상을 포함하는 지배적인 POD 모드 7개가 선정되었으며, POD 모드와 전개 계수를 이용하여 차수축소모델을 성공적으로 구축하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권3호
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• pp.215-223
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• 2009

본 연구에서는 헬리콥터 로터 블레이드의 움직임을 모사하기 위해 중첩 격자 기법을 적용하여 헬리콥터 로터의 전진 및 제자리 비행을 모사하였다. 제자리 및 무양력 전진 비행은 Caradonna & Tung의 로터 블레이드를 적용하였으며 전진 비행은 AH-1G 로터 블레이드를 적용하여 수치해석 하였다. 전진 비행 시 cyclic pitch각에 대해서 Newton-Raphson 수렴 방법으로 수치 트림을 수행하였으며 수치 트림에 의한 결과를 실험 및 다른 수치해석 결과와 비교하였을 때 실험값과 유사한 결과를 얻었다. 또한 수치 트림에 의한 결과는 로터 전진면에서 나타나는 BVI 현상을 잘 모사하였다. 지배 방정식은 3차원 비정상 오일러 방정식을 사용하였으며 원방 경계 조건으로 리만 불변치 경계조건을 적용하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.181-186
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• 2009

본 연구의 목적은 주로터 블레이드와 장애물 충돌 시 실제 파괴형상과 유사한 시뮬레이션을 통해 발생되는 하중을 구하고, 이것을 이용하여 허브 및 변속장치의 안전성을 검토함으로써 승무원의 안전성을 확보하는 것이다. 헬리콥터의 실제 운용 시에 주로터 복합재 블레이드 바깥쪽 10% 지점에 직경 203mm의 강체실린더가 충돌할 경우에도 주로터주축은 파괴가 발생하지 않아야 하고 변속장치가 탑승공간으로 침투하는 위험한 변위가 발생하지 않아야 한다. 강체와 블레이드 충돌 시 주로터의 주축과 변속장치의 영향성을 확인하기 위하여 탄소성 손상 재질을 사용하여 복합재 블레이드와 나무(강체실린더의 경우는 강체)의 해석모델을 구성하였으며, 파괴진행과정을 실제와 유사하게 구현하기 위해 여러 개의 접촉면을 생성하여 충돌해석을 수행하였고, 구형베어링 및 리드래그댐퍼에 전달되는 하중을 구하였다. 또한, 블레이드 회전속도 및 피치각도의 변화가 전달하중에 미치는 영향을 검토하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.352-357
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• 2012

The ground resonance instability of a helicopter with bearingless main rotor hub were investigated. The ground resonance instability is caused by an interaction between the blade lag motion and hub inplane motion. This instability occurs when the helicopter is on the ground and is important for soft-inplane rotors where the rotating lag mode frequency is less than the rotor rotational speed. For the analysis, the bearingless rotor was composed of blades, flexbeam, torque tube, damper, shear restrainer, and pitch links. The fuselage was modeled as a mass-damper-spring system having natural frequencies in roll and pitch motions. The rotor-fuselage coupling equations are derived in non-rotating frame to consider the rotor and fuselage equations in the same frame. The ground resonance instabilities for three cases where are without lead-lag damper and fuselage damping, with lead-lag damper and without fuselage damping, and finally with lead-lag damper and fuselage damping. There is no ground resonance instability in the only rotor-fuselage configuration with lead-lag damper and fuselage damping.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제16권4호
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• pp.614-623
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• 2015

When the speed of a coaxial rotor helicopter in forward flight increases, the wake skew angle of the rotor increases and consequently the position of the vena contracta of the upper rotor with respect to the lower rotor changes. Considering ambient air and the effect of the upper rotor, this study proposes a nonuniform inflow model for the lower rotor of a coaxial rotor helicopter in forward flight. The total required power of the coaxial rotor system was compared against Dingeldein's experimental data, and the results of the proposed model were well matched. A plant model was also developed from first principles for flight simulation, unknown parameter estimation and control analysis. The coaxial rotor helicopter used for this study was manufactured for surveillance and reconnaissance and does not have any stabilizer bar. Therefore, a feedback controller was included during flight test and parameter estimation to overcome unstable situations. Predicted responses of parameter estimation and validation show good agreement with experimental data. Therefore, the methodology described in this paper can be used to develop numerical plant model, study non-uniform inflow model, conduct performance analysis and parameter estimation of coaxial rotor as well as other rotorcrafts in forward flight.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제10권2호
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• pp.106-116
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• 2009

In order to investigate change of vortex structures and its evolving proceses, two dimensional LDV system was used for measurement of velocity vectors of tip vortex, and PIV system was also used for visualizations of tip vortex array for two bladed rotor, respectively. Experiments provided vortex locations, tangential and axial velocity components of tip vortex at six wake ages of 9.5, 10.5, 60.5, 99.5, 129.5, 169.5 and corresponded six wake ages shifted with 180 degrees per each. It was resulted that tip vortices generated by the first blade satisfy Landgrebe's model for their vortex locations even after they were accelerated by the second blade in downstream. Tangential velocity components of tip vortices follow Vatistas' n=2 model on both inside and outside regions of rotor slipstream without loss of vortex circulation. Axial velocity profiles revealed that there were small but significant perturbations just outside the primary vortex core which implies the second blade affects the wake substantially. It was also found that tip paths of each blade were not willing to be coincided intrinsically.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제23권4호
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• pp.311-318
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• 2020

This study investigates the performance and blade airloads for a rigid coaxial rotor of high-speed compound unmanned rotorcrafts. The present compound unmanned rotorcraft uses not only a rigid coaxial rotor, but also wings and propellers for high-speed flights. For the rigid coaxial rotor in this work, CAMRAD II, a rotorcraft comprehensive analysis code, is used to study the performance at a flight speed of up to 250 knots and blade section lift forces at 230 knots. As the flight speed increases, the rotor power decreases; however, the power of propellers increases to overcome the drag force of a rotorcraft in high-speed flight. The effective lift-to-drag ratio of a rotor has the maximum value of about 11.6 which is much higher than the value of the conventional helicopter. The blade section lift forces of the upper and lower rotors at 230 knots show the similar variation trends for one rotor revolution, and the impulses because of the aerodynamic interaction between both rotors are observed.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2009년 춘계학술대회논문집
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• pp.31-38
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• 2009

In the present study, viscous flow calculations of helicopter main rotor system in forward flight were made by using an unstructured hybrid mesh solver. Each rotating blade relative to the cartesian frame was simulated independently by adopting unstructured overset mesh technique. For the validation of the present method, calculations for the Caradonna-Tung non-lifting forward flight and the AH-1G main rotor system in forward flight were made. Additional computation was made for the UH-60A rotor in forward flight. Reasonable agreements were obtained between the present results and the experiment.