Turbulent flow analysis is conducted around the multi-stage launch vehicle including base region and detachment motion of strap-on boosters due to resultant aerodynamic forces and gravity is simulated. Aerodynamic solution procedure is coupled with rigid body dynamics for the prediction of separation behavior. An overset mesh technique is adopted to achieve maximum efficiency in simulating relative motion of bodies and various turbulence models are implemented on the flow solver to predict the aerodynamic forces accurately. At first, some preliminary studies are conducted to show the importance of base flow for the exact prediction of detachment motion and to find the most suitable turbulence model for the simulation of launch vehicle configurations. And then, developed solver is applied to the simulation of KSR-III, a three-stage sounding rocket researched in Korea. From the analyses, after-body flow field strongly affects the separation motions of strap-on boosters. Negative pitching moment at initial stage is gradually recovered and a strap-on finally results in a safe separation, while fore-body analysis shows collision phenomena between core rocket and booster. And a slight variation of motion is observed from the comparison between inviscid and turbulent analyses. Change of separation trajectory based on viscous effects is just a few percent and therefore, inviscid analysis is sufficient for the simulation of separation motion if the study is focused only on the movement of strap-ons.
Kim, Ji-Hye;Ahn, Byoung-Kwon;Park, Cheol-Soo;Kim, Gun-Do
The Journal of the Acoustical Society of Korea
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v.33
no.6
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pp.358-365
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2014
When a ship propeller having wing type sections rotates at high speed underwater, local pressure on the blade decreases and various types of the cavitation inevitably occur where the local pressure falls below the vapor pressure. Fundamentally characteristics of the cavitation are determined by the shapes of the blade section and their operating conditions. Underwater noise radiated from a ship propeller is directly connected to the occurrence of the cavitation. In order to design low noise propeller, it is preferentially demanded to figure out key features: how the cavity is generated, developed and collapsed and how the effect of viscosity works in the process. In this study, we first perform inviscid analysis of the partial cavity generated on two dimensional hydrofoil. Secondly, viscous analysis using FLUENT with different turbulence and cavitation models are presented. Results from both approaches are also compared and estimated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.1
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pp.106-115
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1988
A numerical procedure for determining the airfoil shape that maximizes the lift is presented. The structure of the flow field is calculated by iteratively coupling potential flow and boundary analysis using the viscous-inviscid interaction method. The potential flow field is obtained by the vortex panel method and boundary layer flow is analyzed by means of integral approximation method which is capable of handling the laminar, transition and turbulent flow regimes. As the result of this study, it is found that the calculated flow regimes have good agreement with the existing experimented data. Davidon-Fletcher-Powell method and Augmented Lagrange Multiplier method are used for the optimal techniques. NACA 23012, NACA 65-3-21, NACA 64-2-415, NACA 64-2-A215 airfoils are used for determining the optimal airfoil shapes as a basic and compensate airfoils. Optimal design showed that the lift coefficients are increased by 17.4% at M$_{0}$=0.2 and 29% at M$_{0}$=0.3, compared with those of basic airfoil.oil.
The application of Green's function in calculation of flow characteristics around submerged and floating bodies due to a regular wave is presented. It is assumed that the fluid is homogeneous, inviscid and incompressible, the flow is irrotational and all body motions are small. Two methods based on the boundary integral equation method (BIEM) are applied to solve associated problems. The first is a low order panel method with triangular flat patches and uniform distribution of velocity potential on each panel. The second method is a high order panel method in which the kernels of the integral equations are modified to make it nonsingular and amenable to solution by the Gaussian quadrature formula. The calculations are performed on a submerged sphere and some floating spheroids of different aspect ratios. The excellent level of agreement with the analytical solutions shows that the second method is more accurate and reliable.
Kim, Yang-Kyun;Kim, Sung-Cho;Kim, Jeong-Soo;Ree, Kee-Man;Jin, Hak-Su
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05b
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pp.2857-2861
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2007
Flow and aerodynamic characteristics were analyzed numerically for a commercial passenger airplane, Boeing 747-400, flying in the cruising condition. The model geometry with 100:1 in scale was obtained by the photo scanning measurement with the maximum error of 1.4% comparing with the real airplane dimension. The three-dimensional inviscid steady compressible governing equations were solved by the finite volume method in the unstructured grid system. The convective terms were treated by the Crank-Nicholson and first-order upwind schemes. In the computational results, the strong wing-tip vortices were clearly observed and the pressure contours on the airplane surface were suggested. The lift and drag forces in the wing with engines increase by 1.49% and 3.9%, respectively compared with the case without engines. The aerodynamic forces were estimated quantitatively for each element which consists of the airplane.
For Aerodynamic analysis of vehicle at altitude, 100km, the validity of governing equations based on continuum model, was reviewed. Also, as the preliminary study for the sub-orbital space plane development, a candidate geometry was suggested and computational fluid dynamic(CFD) analysis was performed for various angles of attack in subsonic and supersonic flow regimes to analyze the aerodynamic characteristics and performance. The inviscid flow analyses showed that the stall starts at angle of attack above $20^{\circ}$, the maximum drag is generated at angle of attack, $87^{\circ}$ and the maximum lift to drag ratio is about 8 in subsonic flow. In supersonic, the stall angle is about $40^{\circ}$ and the maximum drag is generated at angle of attack, $90^{\circ}$. Also, mach number distribution of re-entry vehicle was computed versus altitudes.
In this paper, a numerical scheme is introduced to solve the Cauchy problem for one-dimensional hyperbolic equations. The mesh points of the proposed scheme are distributed along characteristics so that the solution on the stencil can be easily and accurately computed. This is very important in reducing errors of the scheme because many numerical errors are generated when the solution is estimated over grid points. In addition, when characteristics intersect, the proposed scheme combines corresponding grid points into one and assigns new characteristic to the point in order to improve computational efficiency. Numerical experiments on the inviscid Burgers' equation have been presented.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.1
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pp.39-44
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2010
Recently underwater systems moving at high speed such as a super-cavitating torpedo have been studied for their practical advantage of the dramatic drag reduction. In this study we are focusing our attention on super-cavitating flows around axisymmetric cavitators. A numerical method based on inviscid flow is developed and the results for several shapes of the cavitator are presented. First using a potential based boundary element method, we find the shape of the cavtiator yielding a sufficiently large enough cavity to surround the body. Second, numerical predictions of supercavity are validated by comparing, with experimental observations carried out in a high speed cavitation tunnel at Chungnam National University (CNU CT).
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.3
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pp.358-365
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2016
In this study, one-dimensional analysis under the assumption of an inviscid flow was conducted for the experiment initiated by the French-German Research Institute of Saint-Louis (ISL) in order to investigate the energy effect of aluminum combustion. Previous theoretical analysis based on the assumptions of isentropic compression and a constant specific heat derived by ISL claimed that the experiment was not affected by the heat of aluminum combustion. However, rigorous analysis in present investigation that considered the average properties behind the shock wave compression and temperature-dependent specific heat showed that the S225 experiment was partially affected by the aluminum combustion. The increase in heat due to aluminum combustion was estimated from the rigorous analysis.
By matching a well established fast throughflow code, with standard loss correlations, and an efficient optimization algorithm, a new design system has been developed, which optimizes inlet and exit flow-field parameters for each blade row of a multistage axial flow turbine. The compressible steady state inviscid throughflow code based on streamline curvature method is suitable for fast and accurate flow calculation and performance prediction of a multistage axial flow turbine. A general purpose hybrid constrained optimization package, iSIGHT has been used, which includes the following modules: genetic algorithm, simulated annealing, modified method of feasible directions. The design system has been demonstrated using an example of a 5-stage low pressure steam turbine for 800MW thermal power plant previously designed by HANJUNG. The comparison of computed performance of initial and optimized design shows significant improvement in the turbine efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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