Recently, there has been a serious effort to design a wing in ground effect (WIG) craft. Vehicles of this type might use low aspect ratio wings defined as those with smaller than 3. Design and prediction techniques for fixed wings of relatively large aspect ratio are reasonably well developed. However, Aerodynamic problems related to vortex lift on wings of low aspect ratio have made it difficult to use existing techniques. In this work, we firstly focus on understanding aerodynamic characteristics of low aspect ratio wings and comparing the results from experimental measurements and currently available numerical predictions for both inviscid and viscous flows. Second, we apply an improved numerical method, "B-spline based high panel method with wake roll-up modeling", to the same problem.
The lift and drag forces produced by a wing of a given cross-sectional profile are dependent on the wing planform and the angle of attack. Aspect ratio is the ratio of the wing span to the average chord. For conventional fixed wing aircrafts, high aspect ratio wings produce a higher lift to drag ratio than low ones for flight at subsonic speeds. Therefore, high aspect ratio wings are used on aircraft intended for long endurance. However, birds and insects flap their wings to fly in the air and they can change their wing motions. Their wing motions are made up of translation and rotation. Therefore, we tested flapping motions with parameters which affect rotational motion such as the angle of attack and the wing beat frequency. The half elliptic shaped wings were designed with the variation of aspect ratio from 4 to 11. The flapping device was operated in the water to reduce the wing beat frequency according to Reynolds similarity. In this study, the aerodynamic forces, the time-averaged force coefficients and the lift to drag ratio were measured at Reynolds number 15,000 to explore the aerodynamic characteristics with the variation of aspect ratio. The maximum lift coefficient was turned up at AR=8. The mean drag coefficients were almost same values at angle of attack from $10^{\circ}$ to $40^{\circ}$ regardless of aspect ratio, and the mean drag coefficients above angle of attack $50^{\circ}$ were decreased according to the increase of aspect ratio. For flapping motion the maximum mean lift to drag ratio appeared at AR=8.
Icing is one of the most serious hazards for aircraft. The amount and rate of icing depend on a number of meteorogical and aerodynamic factors. Of primary importance are amount of liquid water content of droplets, their size, the temperature of aircraft surfaces, the collection efficiency, and the extent of supercooled droplets. In this study, in-flight icing analysis of low reynolds number high aspect ratio wing is carried out by using FENSAP-ICE. Each liquid water contents with altitude is obtained from FAR 25 Appendix-C. And the collectoin efficiency is calculated to check out the ice accretion position of wing with two angles of attack. The degradation of aerodynamic characteristics of aircraft are figured out by investigating the accretion of rime and glaze ice.
In this study, we are focusing our attention on lift characteristics of the low aspect wings for Wing-In Ground effect crafts (WIG). Experimental measurements at an open-type wind tunnel are carried out and results are comparatively presented. In order to simulate the realistic ground condition in where the WIG craft is flying, moving ground is implemented by a conveyor belt rotating with the same velocity of the inflow. We consider two different wings (NACA0012 and DHMTU section) which have four different aspect ratios (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0). Forces acting on the wings are measured and lift characteristics are elaborately investigated for various different conditions. In addition, end-plate effects are estimated. Results are validated by comparing with theoretic solutions of the symmetric airfoil. Present results show that ground effects are differently generated in moving or fixed ground conditions, and hence left characteristics are affected by the ground condition. Consequently, accurate aerodynamic forces acting on the WIG craft are guaranteed in a realistic moving ground condition.
생체 모방형 초소형비행체의 설계 파라미터를 해석하기 위해 플래핑 날개의 공력특성에 관한 가로세로비의 효과가 조사되었다. 실험 모델은 4절 링크로 구성되었으며, 낮은 레이놀즈수 조건을 갖는 수조 내부에서 구동되었다. 미세힘 측정용 방수 로드셀이 제작되어 아크릴로 만든 날개의 뿌리에 설치되었다. 날개 형상은 초파리의 날개 모양을 기준으로 하였다. 선택된 가로세로비는 각각 1.87, 3.74, 7.48이었으며, 레이놀즈수는 $10^4$에 고정되었다. 가로세로비 1.87과 3.74에서는 후류포획과 같은 비정상효과를 나타내는 뚜렷한 양력 피크가 스트로크 초기에 관찰되었다. 그러나 가로세로비 7.48의 경우 상기 비정상 효과는 관찰되지 않았다. 이러한 물리적 특징은 후행회전인 경우에서도 동일하게 관찰되었다. 이와 같은 결과는 MAV 설계에 적용할 수 있는 곤충 모방형태의 플래핑 날개인 경우 높은 가로세로비의 날개가 향상된 공력성능을 제공한다는 것을 의미한다.
Kim, Mi Jeong;Yoon, Hyun Sik;Jung, Jae Hwan;Chun, Ho Hwan;Park, Dong Woo
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제4권4호
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pp.447-459
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2012
The present study numerically investigates the effect of the wavy leading edge on hydrodynamic characteristics for the flow of rectangular wings with the low aspect ratio of 1.5. Five different wave lengths at fixed wavy amplitude have been considered. Numerical simulations are performed at a wide range of the angle of attack ($0^{\circ}{\leq}{\alpha}{\leq}40^{\circ}$) at one Reynolds number of $10^6$. The wavy wings considered in this study did not experience enough lift drop to be defined as the stall, comparing with the smooth wing. However, in the pre-stall region, the wavy wings reveal the considerable loss of the lift, compared to the smooth wing. In the post-stall, the lift coefficients of the smooth wing and the wavy wings are not much different. The pressure coefficient, limiting streamlines and the iso-surface of the spanwise vorticity are also highlighted to examine the effect of the wave length on the flow structures.
For the analysis of lifting surface at high angle of attack, a Nonlinear Vortex Lattice Method(NLVLM) was used. The NLVLM is intented to compute the interactions between lifting surfaces and separated vertical flow. The lifting surfaces are represented by a lattice of discrete vortex rings. And wakes are represented by families of non-lintersecting, semi-infinite vortex line segments. The image method also used to analyze the ground effect. It is found that vortex lines separated from lifting surfaces represent the separated flows successfully. Although the present method is applied for the rectangular wing and delta wing, extensions can be possible for the arbitrary lifting surfaces. The Present results show good agreement with experimental data.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제9권1호
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pp.55-65
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2017
Underwater torpedo has control fin with very low aspect ratio due to launching from limited size of cylindrical torpedo tube. If the aspect ratio of control fin of underwater vehicle is very low three-dimensional flow around control fin largely reduces control forces. In this study, the end plate was applied to reduce the three-dimensional flow effects of partially movable control fin of underwater vehicle. Through numerical simulations the flow field around control fin was examined with and without end plate for different flap angles. The pressure, vorticity, lift and torque on the control fin were analyzed and compared to experiments. The comparison have shown a reasonable agreement between numerical and experimental results and the effect of end plate on a low aspect ratio control fin. When the end plate was attached to the movable control fin, the lift increased and the actuator shaft torque did not significantly change. As this means less consumption of the actuator shaft torque compared to the control fin that has the same control force, the inner actuator capacity can be reduced and energy consumption can be saved. Considering this, it is expected to be effectively applied to the control fin design of underwater vehicles such as torpedoes.
A. Mondal;S. Chatterjee;A. McDonald Tariang;L. Prince Raj;K. Debnath
Advances in aircraft and spacecraft science
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제10권2호
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pp.107-125
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2023
Drag reduction is significant research in aircraft design due to its effect on the cost of operation and carbon footprint reduction. Aircraft currently use conventional solid winglets to reduce the induced drag, adding extra structural weight. Fluidic on-demand winglets can effectively reduce drag for low-speed flight regimes without adding any extra weight. These utilize the spanwise airflow from the wingtips using hydraulic actuators to create jets that negate tip vortices. This study develops a computational model to investigate fluidic on-demand winglets. The well-validated computational model is applied to investigate the effect of injection velocity and angle on the aerodynamic coefficients of a rectangular wing. Further, the turbulence parameters such as turbulent kinetic energy (TKE) and turbulent dissipation rate are studied in detail at various velocity injections and at an angle of 30°. The results show that the increase in injection velocity shifted the vortex core away from the wing tip and the increase in injection angle shifted the vortex core in the vertical direction. Further, it was found that a 30° injection is efficient among all injection velocities and highly efficient at a velocity ratio of 3. This technology can be adopted in any aircraft, effectively working at various angles of attack. The culmination of this study is that the implementation of fluidic winglets leads to a significant reduction in drag at low speeds for low aspect ratio wings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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