Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.6
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pp.503-508
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2007
In this study, the aeroelastic response and stability of bearingless rotors are investigated using a large deflection beam theory. The outboard main blade, flexbeam, and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing arbitrary large displacements and rotations. The finite element equations of motion obtained from Hamilton's principle. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used to evaluate aerodynamic forces. In hover, the modal approach method based on coupled rotating natural modes is used for the stability analysis. In forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The results of the full finite element analysis using the large deflection beam theory are compared with those of a previously published modal analysis using the moderate deflection-type beam theory.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.2
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pp.98-105
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2005
This paper presents the result of the aeroelastic stability test of the small-scaled hingeless hub system with composite paddle blades in hover and forward flight conditions. Excitation tests of hingeless hub system installed in GSRTS(General Small-scale Rotor Test System) at KARI(Korea Aerospace Research Institute) were carried out to get lead-lag damping ratio of blades with flexures as hub flexure. MBA(Moving Block Analysis) technique was used for the estimation of lead-lag damping ratio. First, blades with metal flexures, then with composite flexures of the same dynamic properties of rotor system as metal one were tested. Tests were done on the ground and in the wind tunnel according to the test conditions of hover and forward flight, respectively. Composite flexures were found to have better damping characteristics over metal ones in the non-rotating vibration test, and it was confirmed that the use of composite flexures would give observable improvement in aeroelastic stability compared to metal ones in all test conditions.
In many metropolitan cities around the world, ground and underground transportation networks are saturated due to urbanization. In addition, regulations on carbon emissions to prevent global warming are becoming stricter, and eVTOL, which will be operating in complex cities, is gaining popularity as the next generation of eco-friendly transportation. In this study, the hover lift efficiency and disc loading of eVTOLs for each type were calculated by classifying eVTOLs into following types: multicopter, lift+cruise, and vectored thrust. In addition, using the aerodynamic analysis programs OpenVSP, Fluent and Javaprop, the specific battery energy required for the smooth operation of eVTOL, which will be realized in the near future, was calculated and analyzed base on reports published by Uber and airworthiness authorities of each country.
The aeroelastic stability analysis of composite bearingless rotors is investigated using a large deflection beam theory in hover. The bearingless rotor configuration consists of a single flexbeam with a wrap-around type torque tube and the pitch links located at the leading edge and trailing edge of the torque tube. The outboard main blade, flexbeam and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing flap bending, lead-lag bending, elastic twist and axial deflections, which are discretized into beam finite elements. For the analysis of composite bearingless rotors, flexbeam is assumed to be a rectangular section made of laminate. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used for aerodynamic computation. The finite element equations of motion for beams are obtained from Hamilton's principle. The p-k method is used to determine aeroelastic stability boundary. Numerical results are presented for selected bearingless rotor configurations based on the lay-up of laminae in the flexbeam and pitch links location. A systematic study is made to identify the importance of the stiffness coupling terms on aeroelastic stability for various fiber orientation and for different configuration.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.513-520
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2014
An unmanned aerial vehicle (UAV) should be designed to be as small and lightweight as possible to optimize the efficiency of changing the blade shape to enhance the aerodynamic performance, such as the thrust and power. In this study, a computational fluid dynamics (CFD) simulation of an unmanned multi-rotor aerial vehicle in hover mode was performed to explore the thrust performance in terms of the blade rotational speed and blade shape parameters (i.e., taper ratio and twist angle). The commercial ADINA-CFD program was used to generate the CFD data, and the results were compared with those obtained from blade element theory (BET). The results showed that changes in the blade shape clearly affect the aerodynamic thrust of a UAV rotor blade.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.680-685
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2006
This paper describes the aeroelastic stability test of the small-scaled 'Next-Generation Blade(NRSB)' with NRSH (Next-Generation Hub System) and HCTH hingeless hub system in hover and forward flight conditions. Excitation tests of rotor system installed in GSRTS(General Small-scale Rotor Test System) at KARI(Korea Aerospace Research Institute) were tarried out to get lead-lag damping ratio of blades with flexures as hub flexure. MBA(Moving Block Analysis) technique was used for the estimation of lead-lag damping ratio. First, NRSB-1F blades with HCTH hub system, Then NRSB-1F with NRSH hub system were tested. Second, NRSB-2F blades with NRSH hub system were tested. Tests were done on the ground and in the wind tunnel according to the test conditions of hover and forward flight, respectively. Non-rotating natural frequencies, non-rotating damping ratios and rotating natural frequencies were showed similar level fir each cases. Estimated damping ratios of NRSB-1F, NRSB-2F with HCTH and NRSH were above 0.5%, and damping ratio increased by collective pitch angle increasement. Furthermore damping ratios of NRSB-2F were higher than damping ratios of NRSB-1F in high pitch angle. It was confirmed that the blade design for noise reduction would give observable improvement in aeroelastic stability compared to paddle blade and NRSB-1F design.
Kim, Joune-Ho;Kim, Seung-Ho;Lee, Je-Dong;Rhee, Wook;Song, Keun-Woong
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.8
s.113
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pp.848-856
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2006
This paper describes the aeroelastic stability test of the small-scaled 'Next-generation Blade(NRSB)' with NRSH (next-generation hub system) and HCTH hingeless hub system in hover and forward flight conditions. Excitation tests of rotor system installed in GSRTS (general small-scale rotor test system) at KARI (Korea Aerospace Research Institute) were carried out to get lead-lag damping ratio of blades with flexures as hub flexure. MBA(moving block analysis) technique was used for the estimation of lead-lag damping ratio. First, NRSB-1F blades with HCTH hub system, then NRSB- 1F with NRSH hub system were tested. Second, NRSB-2F blades with NRSH hub system were tested. Tests were done on the ground and in the wind tunnel according to the test conditions of hover and forward flight, respectively. Non-rotating natural frequencies, non-rotating damping ratios and rotating natural frequencies were showed similar level for each cases. Estimated damping ratios of NRSB-1F, NRSB-2F with HCTH and NRSH were above 0.5%, and damping ratio increased by collective pitch angle increasement. Furthermore damping ratios of NRSB-2F were higher than damping ratios of NRSB-1F in high Pitch angle. It was confirmed that the blade design for noise reduction would give observable improvement in aeroelastic stability compared to paddle blade and NRSB-1F design.
Blade design optimization of QTP-UAV prop-rotor was conducted using ModelCenter(R). Performance efficiency of the blade in hover and forward flight were adopted as the multi-objective function. Required power and pitch link force applied to constraint in each flight mode and limited lower than the value of the baseline blade. Design variables of root chord length of the blade, taper ratio, twist slope, twist angle at 0.5R of the blade, anhedral angle, parabolic coefficient of a tip shape and location of airfoil were used to generate the blade planform. CAMRAD-II, the comprehensive analysis program of rotorcraft, was used for performance analysis of prop-rotor blade in design process. Performance of the optimized blade improved 1.6% of figure of merit in hover and 13.6% of propulsive efficiency in forward flight. Pitch link force also reduced approximately 30% less than that of the baseline blade.
Seo, Jin-Woo;Lee, Byoung-Eon;Kang, Beom-Soo;Oh, Se-Jong;Yee, Kwan-Jung
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.1
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pp.12-21
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2010
This paper focuses on the hover performance experiment of a small-scale single rotor in partial ground conditions. In this study, small-scale rotor blade rotating device and floor panel are used to include partial ground effect. Thrust and torque were measured with varying collective pitch angles at fixed rotor rotating speed. The overlap distance between rotor and ground is d, the rotor diameter is D. It was shown that the ground effects have little effect on the rotor performance until d/D is 0.25. Four blade rotor has more increased thrust and more reduced power than those of two blade rotor because of stronger ground effect. In addition, it was also found that the thrust increases as a collective pitch angle become smaller. Based on these experiment results, we deduced new empirical equation considered blade number and partial ground effect.
This paper presents the rotating test techniques and the results of the roating test of the small-scaled hingeless rotor system with composite paddle blades in hover and forward flight conditions. The small-scaled rotor system was designed using froude-scaled properties of full scale rotor system. Metal flexures and composite flexures were made as hub flexures by the same dynamic properties of rotor system. The rotating tests of hingeless rotor system installed in GSRTS at KARI were carried out to get lead-lag damping ratios and aerodynamic loads of the hingeless rotor system. MBA(Moving Block Analysis) technique was used for the estimation of lead-lag damping ratio. 6-components balance was installed between hub and main shaft and straingauges on blades were instrumented for the measurements of aerodynamic loads of rotor system. Tests were performed on the ground and in the wind tunnel according to the test conditions of hover and forward flight, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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