Aerial application using an unmanned agricultural helicopter would allow precise and timely spraying. The attitude of a helicopter depends on a number of dynamic variables for roll-balanced flight. Laterally tilting behavior of a helicopter is a physically intrinsic phenomenon while hovering and forwarding. In order to balance the fuselage, the rotor should be counter-tilted, resulting in the biased down-wash. The biased spraying toward right side causes uneven spray pattern. In this study, a raised tail rotor system for the roll-balanced helicopter was studied. Thrust of the tail rotor system was measured and theoretically estimated for the fundamental database of the roll-balanced helicopter design. The estimated tail thrust and roll-moment would be used to design the raising height of tail rotor and roll balancing dynamics. The unmanned agricultural helicopter required the tail rotor thrust of about 39.2 N (4.0 kgf) during hovering with a payload of 235.4 N (24 kgf). A raised tail rotor system would compensate for the physical tilt phenomena. A further attitude control system of helicopter would assist roll-balanced aerial spray application.
In this study, a tail rotor system for an agricultural RF controlled helicopter was developed and tested. This study concluded the mechanical development of the 'Agro-heli' by completing the tail rotor system and its radio console. The RF control system was closely related with the tail system for the control of flying attitude. The thrust of the tail system balance off the reaction torque, created by the main rotor. Lifting tests with and without the tail system were compared for estimating the consumption of power. The tail system would use $4{\sim}5%$ of the total power which was in an acceptable range. Flying performance and attitude was visually inspected. It showed reliable and safe control during the distance flying trials and could be adapted for utilization in aerial applications. Aerial application using an RF controlled agricultural helicopter may make precise and timely spraying possible.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.117-124
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2009
In the environment where various and complicated threat signals exist, RWR (Radar Warning Receiver), which can warn pilot of the existence of threats, has long been a necessary electronic warfare (EW) system to improve survivability of aircraft. The angle of arrival (AOA) information, the most reliable sorting parameter in the RWR, is measured by means of four-quadrant amplitude comparison direction finding (DF) technique. Each of four antennas (usually spiral antenna) of DF unit covers one of four quadrant zones, with 90 degrees apart with nearby antenna. According to the location of antenna installed in helicopter, RWR is subject to signal loss and interference by helicopter body and structures including tail bumper, rotor blade, and so on, causing a difficulty of detecting hostile emitters. In this paper, the performance degradation caused by signal interference by tail rotor blades has been estimated by measuring amplitude video signals into which RWR converts RF signals in case a part of antenna is screened by real tail rotor blade in anechoic chamber. The results show that corruption of pulse amplitude (PA) is main cause of DF error. We have proposed two algorithms for resolving the interference by tail rotor blades as below: First, expand the AOA group range for pulse grouping at the first signal analysis phase. Second, merge each of pulse trains with the other, that signal parameter except PRI and AOA is similar, after the first signal analysis phase. The presented method makes it possible to use RWR by reducing interference caused by blade screening in case antenna is screened by tail rotor blades.
This paper describe the mathematical model of helicopter rotor, which is suitable for the calculation of trim condition to develop the stability and control. The mathematical model is a nonlinear, total force and moment model of a single main rotor helicopter. The effects of fuselage, tail rotor, horizontal tail, and vertical tail are included. The phase angle and stick displacement are obtained and compared at the trim condition.
Present chemical application method using a power sprayer has been labor intensive, costly and ineffective. Therefore, a small agricultural unmanned helicopter was suggested to replace the conventional spray system. In this study, conceptual design for developing the helicopter and a consequential prototype were reported. The overall conceptual design was initiated by deciding the type of agricultural helicopter, as the single rotor helicopter with a tail system. As the first step of the designing, an air-cooled, 2-stroke engine was selected and a prototype transmission was designed by determining the rotating speed of main rotor shaft. A 'pusher' type tail rotor system was adapted to balance the reaction torque and reduce the power use. The tail boom length was designed to avoid the rotating trajectory of the main rotor. The RF console consisted of the engine control, attitude control, and emergency control modules. Assembling the prototype concluded the mechanical development of the agricultural helicopter.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.187-192
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2006
Helicopter noise has been considered as one of major design factors like a performance and safety since the public acceptance, comfortability and stealth aspects were important for customers. According to the airworthiness regulation, the noise levels in throe different flight conditions shall comply with the specific limits. Main and tail rotors noise is most dominant in far field due to the low and mid range frequency characteristics. It is an air-born noise so That the accurate aerodynamic data is necessary for the accurate noise prediction. In KARI, low noise main and tail rotors as well as analysis codes have been developed since 2000. The approach for low noise main rotor is a kind of tip modifications, so called twin vortices tip to reduce the BVI noise. Analysis results show the 9.3dB reduction in terms of pseudo EPNL. The uneven spacing concept is applied for low noise tail rotor. Three or four decibel noise reduction is achieved by new optimized uneven spacing. Rotor noise and aerodynamic prediction codes have been improved also.
In the case of the general helicopter among rotorcraft, length of the rotor blade for thrust-generation is longer than that of fuselage and tail rotor is required in order to compensate moment of the fuselage. For those reasons, enough space for take-off and landing should be secured and an accessibility for building is low. Also, the accidents caused by tail rotor occur frequently. However, the case of counter-rotating has merits that tail rotor is unnecessary as well as length of the rotor blade can be shortened but has a weakness that the weight of body is increased. In the present study, aerodynamic force measurement on single rotor system equipped with NACA0012 airfoil, which has aspect ratio of 6 and chord length of 35.5 mm, was carried out. And measurement was conducted with blade which has a half size of the former blade by using single motor counter-rotating. Aerodynamic force measurement was acquired by using 6-component balances and coefficients of thrust and power were derived along the pitch angle varying from 0$^{\circ}$ to 90$^{\circ}$ with the increment of 10$^{\circ}$. Those aerodynamic force data will be utilized for the design and production of brand-new counter-rotating rotor blade system which has same thrust with single blade system and provides a good accessibility to building by reducing its blade length.
Kim, Seung-Bum;Song, Keun-Woong;Choi, Hee-Ju;Kim, Eun-Jong;Park, Byung-Kwan
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1136-1141
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2008
The helicopter rotor system generates lift, thrust, maneuvering force and moment to the helicopter with the torque and pitch control force transferred from the main rotor hub/control. And the tail rotor system generates the thrust for yaw axis control of the helicopter with the torque and pitch control force transferred from the tail rotor hub/control. Ground whirl test shall be performed to verify the compliance of requirement performance test and dynamic test of rotor blade and hub/control. This paper describes a design of whirl tower test facility for helicopter rotor system test and evaluation. Design results are summarized and compared with design requirements.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.5
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pp.9-17
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2005
In the early stage of helicopter design, an optimal configuration is usually determined after a numerous parametric study about the aerodynamic performance due to geometric variation. In order to improve the aerodynamic performance of a shrouded tail rotor, optimization of the tip clearance gap between blade and shroud, the blade planform shape, and the arrangement of blade spacing is required. In the present study, the aerodynamic performance characteristics of a shrouded tail rotor due to geometric variation was investigated by using an inviscid compressible unstructured mesh flow solver for rotary wings.
Regarding the aircrafts with a rotor blade system, the miniaturization of them is limited due to the rotor blade length and the tail rotor system. To miniaturize an aircraft, an equipment is required that increases thrust and also shortens the length of the rotor blade. The present study will conduct the flow analysis for miniaturizing the aircraft by applying a duct to the coaxial rotor blade system without tail rotor. First, the verification on the calculated results was conducted through the computational flow analysis on the coaxial rotor blade system without a duct. Then, the flow analysis for the coaxial rotor blade systems was performed including Ka-60 duct, Single duct, Twin duct, and Double duct, respectively. From the numerical results, the thrust coefficient appeared higher with the duct than without a duct for the coaxial rotor blade system. Especially, in the case of Double duct, the thrust was improved due to the increase of incoming flow and the extension of the wake area. These results will be used as the basic concepts for miniaturizing the aircraft with the rotor blade system. The flow analysis on the coaxial rotor blade system including the fuselage remains as a future work.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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