Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.9-15
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2013
An effect of a spiral turbulent ring, so-called Shchelkin spiral, on a detonation performance was studied experimentally for acetylene and oxygen mixture. A couple of dynamic pressure transducers were used to calculate a detonation wave velocity by a time difference between two pressure peaks. In addition, impulse was measured by a load cell and the impulse was used to analyze the spiral effect on the detonation performance. A CFD analysis was adopted to calculate mass flow rates of the propellants and the minimum filling time. The maximum velocity and pressure were measured at the equivalence ratio of 2.4, and the measured values showed similar trend to C-J conditions calculated from CEA. For the shorter chamber with the short spiral, the maximum detonation velocity was appeared. In contrast, the longer chamber without the spiral showed the maximum thrust performance.
The increase of air traffic volume has brought an increasing amount of issues related to carbon and NOx emissions and noise pollution. Aircraft manufacturers are concentrating their efforts to develop technologies to increase aircraft efficiency and consequently to reduce pollutant discharge and noise emission. Ultra High By-Pass Ratio engine concepts provide reduction of fuel consumption and noise emission thanks to a decrease of the jet velocity exhausting from the engine nozzles. In order to keep same thrust, mass flow and therefore section of fan/nacelle diameter should be increased to compensate velocity reduction. Such feature will lead to close-coupled architectures for engine installation under the wing. A strong jet-wing interaction resulting in a change of turbulent mixing in the aeroacoustic field as well as noise enhancement due to reflection phenomena are therefore expected. On the other hand, pressure fluctuations on the wing as well as on the fuselage represent the forcing loads, which stress panels causing vibrations. Some of these vibrations are re-emitted in the aeroacoustic field as vibration noise, some of them are transmitted in the cockpit as interior noise. In the present work, the interaction between a jet and wing or fuselage is reproduced by a flat surface tangential to an incompressible jet at different radial distances from the nozzle axis. The change in the aerodynamic field due to the presence of the rigid plate was studied by hot wire anemometric measurements, which provided a characterization of mean and fluctuating velocity fields in the jet plume. Pressure fluctuations acting on the flat plate were studied by cavity-mounted microphones which provided point-wise measurements in stream-wise and spanwise directions. Statistical description of velocity and wall pressure fields are determined in terms of Fourier-domain quantities. Scaling laws for pressure auto-spectra and coherence functions are also presented.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.6
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pp.78-84
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2020
The performance of pintle thruster is analyzed by using the pintle thruster performance analysis model which integrating the element models introduced in Part I. To verify the performance analysis, the results of the developed program are compared with the experimental data of kerosene/hydrogen peroxide liquid pintle thrusters. Based on the results, the characteristics of the pintle thruster are analyzed. The sensitivity analysis is performed to investigate the effect of thruster shape and operation parameters on performance characteristics using both OAT and scatter plot methods. The four performance parameters such as droplet diameter, film flow rate, O/F ratio, and nozzle throat diameter are evaluated to investigate their effects on characteristic speed, combustor pressure, and specific thrust.
Ha, Donghwi;Roh, Tae-Seong;Lee, Hyoung Jin;Yoo, Phil Hoon
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.5
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pp.21-33
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2020
In this study, the program for system analysis of an expander cycle rocket engine using liquid hydrogen as a fuel was developed. The properties of hydrogen were considered by the ratio of isomers with temperature. The analysis procedure was established with the open and closed types of the expander cycle engine and the simulation methods were suggested for each component. To validation of the analysis program, we compared the performance of the engine operating point and the analysis results performed overseas for Vinci and SE-21D, which are expander cycle engines. As a result of the analysis, the main performance factors of the system, such as the mass flow of the propellant, specific thrust, and power, except for some of the inaccurate input information, showed high accuracy with an error of around 1-2%.
This paper proposes a novel airfoil named "KA2" for the blade of the wind turbine systems. Dynamic loads characteristics are analyzed and compared using aerodynamic data of ten airfoils including the proposed airfoil. The blade is divided into the sixteen elements in the longitudinal direction of the blade for applying the Blade Element Method Theory (BEMT) method, and in each element, torque, thrust, and pitching moment are calculated using turbulent time varying wind speed and aerodynamic data of each wing. Additionally, each force and torque is accumulated in the whole region of the blade for the estimation of representative values. The magnitude of such forces is comparatively analyzed for different airfoils. The angle of attack is constant below the rated wind speed due to the fact that the tip speed ratio is kept at the constant value, and it increases in the region of over rated wind speed as the tip speed ratio decreasing with constant rated rpm and increasing wind speed. Such increase in the angle of attack causes the changes of the force acting on the airfoil with different characteristics of lift and drag in the stall region of each different airfoil. Even though the mean wind speed is in the rated speed in a given time, because of the turbulence, it has either the over rated or under rated speed most of the time. Furthermore, the dynamic properties of each force are analyzed in this rated wind speed in order to objectively understand the dynamic properties of the blades which are designed based on the different airfoils. These dynamic properties are also compared by the standard deviation of time varying characteristics. Moreover, the output characteristics of the wind turbine are investigated with different airfoils and wind speeds. Based on these investigations, it was revealed that the proposed airfoil (KA2) is well applicable to the blade with passive pitch control system.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2011.04a
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pp.1-2
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2011
Hybrid rockets have lately attracted attention as a strong candidate of small, low cost, safe and reliable launch vehicles. A significant topic is that the first commercially sponsored space ship, SpaceShipOne vehicle chose a hybrid rocket. The main factors for the choice were safety of operation, system cost, quick turnaround, and thrust termination. In Japan, five universities including Hokkaido University and three private companies organized "Hybrid Rocket Research Group" from 1998 to 2002. Their main purpose was to downsize the cost and scale of rocket experiments. In 2002, UNISEC (University Space Engineering Consortium) and HASTIC (Hokkaido Aerospace Science and Technology Incubation Center) took over the educational and R&D rocket activities respectively and the research group dissolved. In 2008, JAXA/ISAS and eleven universities formed "Hybrid Rocket Research Working Group" as a subcommittee of the Steering Committee for Space Engineering in ISAS. Their goal is to demonstrate technical feasibility of lowcost and high frequency launches of nano/micro satellites into sun-synchronous orbits. Hybrid rockets use a combination of solid and liquid propellants. Usually the fuel is in a solid phase. A serious problem of hybrid rockets is the low regression rate of the solid fuel. In single port hybrids the low regression rate below 1 mm/s causes large L/D exceeding a hundred and small fuel loading ratio falling below 0.3. Multi-port hybrids are a typical solution to solve this problem. However, this solution is not the mainstream in Japan. Another approach is to use high regression rate fuels. For example, a fuel regression rate of 4 mm/s decreases L/D to around 10 and increases the loading ratio to around 0.75. Liquefying fuels such as paraffins are strong candidates for high regression fuels and subject of active research in Japan too. Nakagawa et al. in Tokai University employed EVA (Ethylene Vinyl Acetate) to modify viscosity of paraffin based fuels and investigated the effect of viscosity on regression rates. Wada et al. in Akita University employed LTP (Low melting ThermoPlastic) as another candidate of liquefying fuels and demonstrated high regression rates comparable to paraffin fuels. Hori et al. in JAXA/ISAS employed glycidylazide-poly(ethylene glycol) (GAP-PEG) copolymers as high regression rate fuels and modified the combustion characteristics by changing the PEG mixing ratio. Regression rate improvement by changing internal ballistics is another stream of research. The author proposed a new fuel configuration named "CAMUI" in 1998. CAMUI comes from an abbreviation of "cascaded multistage impinging-jet" meaning the distinctive flow field. A CAMUI type fuel grain consists of several cylindrical fuel blocks with two ports in axial direction. The port alignment shifts 90 degrees with each other to make jets out of ports impinge on the upstream end face of the downstream fuel block, resulting in intense heat transfer to the fuel. Yuasa et al. in Tokyo Metropolitan University employed swirling injection method and improved regression rates more than three times higher. However, regression rate distribution along the axis is not uniform due to the decay of the swirl strength. Aso et al. in Kyushu University employed multi-swirl injection to solve this problem. Combinations of swirling injection and paraffin based fuel have been tried and some results show very high regression rates exceeding ten times of conventional one. High fuel regression rates by new fuel, new internal ballistics, or combination of them require faster fuel-oxidizer mixing to maintain combustion efficiency. Nakagawa et al. succeeded to improve combustion efficiency of a paraffin-based fuel from 77% to 96% by a baffle plate. Another effective approach some researchers are trying is to use an aft-chamber to increase residence time. Better understanding of the new flow fields is necessary to reveal basic mechanisms of regression enhancement. Yuasa et al. visualized the combustion field in a swirling injection type motor. Nakagawa et al. observed boundary layer combustion of wax-based fuels. To understand detailed flow structures in swirling flow type hybrids, Sawada et al. (Tohoku Univ.), Teramoto et al. (Univ. of Tokyo), Shimada et al. (ISAS), and Tsuboi et al. (Kyushu Inst. Tech.) are trying to simulate the flow field numerically. Main challenges are turbulent reaction, stiffness due to low Mach number flow, fuel regression model, and other non-steady phenomena. Oshima et al. in Hokkaido University simulated CAMUI type flow fields and discussed correspondence relation between regression distribution of a burning surface and the vortex structure over the surface.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.19
no.5
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pp.1-14
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2015
In case of a gas turbine engine for supersonic operation, the engine have a wide range of operating inlet mass flow rate and required high performance such as thrust and fuel consumption. Therefore, variable system and its optimal control logic are essentially needed. In this work, a method for performance prediction of a gas turbine engine with variable system compressor and its control scheme were developed. Conceptual design of compact acuation system for the operation of the variable system was also conducted. The performance of a low-bypass ratio mixed flow turbofan engine was analyzed, and it was observed that the surge margin of the engine is improved at off-design condition by applying the control scheme.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.825-831
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2017
In this study, we perform the design of dome geometry for the composite pressure vessel with applying the equation of Fulton and Vasiliev considering external load(thrusts). Variables of the dome geometry are opening radius ratio(${\rho}_0$) from 0.1 to 0.5 and thrust level from 40kN to 200kN. We conduct Finite Element Analysis(FEA) by using ABAQUS. As a result, the strain of the composite pressure vessel has shown strain gradient from inner to outer of dome surface. And the strain gradient may cause crack of resin inside the composite laminate. Strain gradient of Fulton dome is monotonously decreased as the ${\rho}_0$ increases, but the strain gradient of Vasiliev dome bas shown some different trend. when ${\rho}_0{\leq}0.1$, strain gradient of Fulton's is higher than Vasiliev's. But when 0.1<${\rho}_0$<0.35, strain gradient of Vasiliev's becomes higher than Fulton's. And in the case of $0.35{\leq}{\rho}_0$, strain gradient of Vasiliev's is higher than Fulton's. So the Vasiliev dome is more effective in ${\rho}_0{\leq}0.1$ condition and Fulton dome is more effective in $0.35{\leq}{\rho}_0$ condition. So, it's important for dome design to consider the crack of resin cause of the strain gradient.
Flapping-wing air vehicles, well known for their free vertical take-off and excellent flight capability, are currently under intensive development and research. While most of the studies have explored the effect of various parameters of synchronized motions on the unsteady aerodynamics of flapping wings, limited attention has been given to the effect of nonsynchronous motions on the unsteady aerodynamic characteristics of flapping wings. In the present study, we conducted a numerical analysis to investigate the unsteady aerodynamic characteristics of an airfoil flapping with different frequency ratios between pitch and heave oscillations. We identified the motions and angle of attacks due to nonsynchronous motions. It was found that the synchronous motion produced thrust with zero lift, but the nonsynchronous motion generated a large lift with little drag. The aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the non-synchronous motion were also analyzed using the vorticity distributions and the pressure coefficient around and on the airfoil. When r was equal to 0.5, larger leading and trailing edge vortices were observed compared to the case when r was equal to 1.0, and these vortices significantly affected the aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the nonsynchronous motion. In future, the effect of pitch amplitude on the unsteady aerodynamic characteristics of the airfoil will be studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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