Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.8
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pp.688-693
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2007
To improve aerodynamic efficiency of the Smart Un-manned Aerial Vehicle(SUAV), vortex generator was applied along the wing upper surface during SUAV tests. Vortex generator, initially used in TR-S2 configuration to enhance lift characteristic, increased lift coefficient. Meanwhile vortex generator produced excessive drag and eventually reduced lift-to-drag ratio. To examine the effect of vortex generator's height, three different heights of vortex generator were used for various SUAV configuration. Vortex generator of 3mm height used in TR-S4 configuration produced 3.1% increase in maximum lift coefficient and 1.5% reduction in lift-to-drag ratio.
A numerical study is conducted on the flow characteristics of a rectangular cylinder (chord-to-width ratio C/W = 2 - 10) mounted close to a rigid wall at gap-to-width ratios G/W = 0.25 - 6.25. The effects of G/W and C/W on the Strouhal number, vortex structure, and time-mean drag and lift forces are examined. The results reveal that both G/W and C/W have strong influences on vortex structure, which significantly affects the forces on the cylinder. An increase in G/W leads to four different flow regimes, namely no vortex street flow (G/W < 0.75), single-row vortex street flow ($0.75{\leq}G/W{\leq}1.25$), inverted two-row vortex street flow ($1.25<G/W{\leq}2.5$), and two-row vortex street flow (G/W > 2.5). Both Strouhal number and time-mean drag are more sensitive to C/W than to G/W. For a given G/W, Strouhal number grows with C/W while time-mean drag decays with C/W, the growth and decay being large between C/W = 2 and 4. The time-mean drag is largest in the single-row vortex street regime, contributed by a large pressure on the front surface, regardless of C/W. A higher C/W, in general, leads to a higher time-mean lift. The maximum time-mean lift occurs for C/W = 10 at G/W = 0.75, while the minimum time-mean lift appears for C/W = 2 at the same G/W. The impact of C/W on the time-mean lift is more substantial in single-row vortex regime. The effect of G/W on the time-mean lift is larger at a larger C/W.
Direct numerical simulations of flow over a circular cylinder are performed at two different Reynolds numbers (Re=220 and 300) that correspond to three-dimensional instabilities of mode A and mode B, respectively, to investigate the characteristics of drag and lift at these Reynolds numbers. The drag and lift coefficients are measured locally along the spanwise direction and their characteristics are studied in detail. The variation of total drag in time is large at Re=220, and the total drag becomes minimum when vortex dislocation occurs in the wake. The drag and lift variations in space are also closely associated with the evolution of vortex dislocation at this Reynolds number. At Re=300, vortex dislocation is not found in the wake and temporal variations of drag and lift are much smaller than those at Re=220, but their spatial variations are quite large due to the near-wake secondary vortices existing in the mode B instability.
Laminar flow over a cube near a plane wall is numerically investigated in order to understand the effects of the cube-wall gap on the flow characteristics as well as the drag and lift coefficients. The main focus is placed on the three-dimensional vortical structures and its relation to the lift force applied on the cube. Numerical simulations are performed for the Reynolds numbers between 100 and 300, covering several different flow regimes. Without a wall nearby, the flow at Re=100 is planar symmetric with no vortical structure in the wake. However, when the wall is located close to the cube, a pair of streamwise vortices is induced behind the cube. At Re=250, the wall strengthens the existing streamwise vortices and elongates them in the streamwise direction. As a result, the lift coefficients at Re=100 and 250 increase as the cube-wall gap decreases. On the other hand, without a wall, vortex shedding takes place at Re=300 in the form of a hairpin vortex whose strength changes in time. The head of hairpin vortex or loop vortex, which is closely related to the lift force, seems to disappear due to the nearby wall. Therefore, unlike at Re=100 and 250, the lift coefficient tends to decrease more or less as the cube approaches the wall.
To improve the aerodynamic efficiency of Smart Unmanned Aerial Vehicle (SUAV), vortex generators and flow fence are applied on the surface and the tip of wing. The initially applied vortex generator increased maximum lift coefficient and delayed the stall angle while it produced excessive increase in drag coefficient. It turns out reduction of the airplane's the lift/drag ratio. The new vortex generators with L-shape and two different height, 3mm and 5mm, were used to TR-S4 configuration to maintain the desired level of maximum lift coefficient and drag coefficient. Flow fence was also applied at the end of both wing tip to reduce the interaction between nacelle and wing when nacelle tilting angles are large enough and produce flow separation. To examine the effect of flow fence, flow visualization and force and moment measurements were done. The variation of the aerodynamic characteristics of SUAV after applying flow control devices are summarized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.6
s.237
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pp.755-762
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2005
To evaluate the aerodynamic efficiency of TR-S2 configuration designed by SUDC, wind tunnel tests of $40\%$ scaled model were done in KARI LSWT. The aerodynamic characteristics of plain and Semi-Slotted Flaperon were compared, and vortex generators were installed to improve flow pattern along the wing surface. Effects of the control surface such as elevator, rudder, aileron, and incidence angle of horizontal tail are measured for various testing conditions. Test results showed that Semi-Slotted Flaperon produced more favorable lift, lift/drag, and stall margins and application of vortex generator would be best choice to enhance wing performance. Longitudinal, lateral and directional characteristics of TR-S2 were found to be stable for the pitch and yaw motions.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.10
no.1
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pp.130-143
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2007
Using steady state aerodynamic theories, it has been claimed that insects and birds cannot fly. To make matters worse, insects and birds fly at low Reynolds numbers. Therefore, a recurring theme in the literature is the importance of understanding unsteady aerodynamic effect and how the vortices behave when they separate from the moving surface that created them. In flapping flight, birds and insects can modify wing beat amplitude, stroke angle, wing planform area, angle of attack, and to a lesser extent flapping frequency to optimize the generation of lift force. Some birds are thought to employ two different gaits(a vortex ring gait and a continuous vortex gait) and unsteady aerodynamic effect(Clap and fling, Delayed stall, Wake capture and Rotational Circulation) in flapping flight. Leading edge vortices may produce an increase in lift. The trailing edge vortex could be an important component in gliding flight. Tip vortices in hovering support the body weight of the hummingbirds. Thus, this study investigated how insects and birds generate lift at low Reynolds numbers. This research is written to further that as yet incomplete understanding.
Nonlinear Vortex Strength Correction Method is developed for improvement of vortex lattice method which can't calculate the separated flow conditions and the viscous effect. In this method, the vortex strength on the blade surface is determined by matching the lift force from vortex lattice method with the lift force from aerodynamic coefficients table as the same circulation is added to or subtracted from all chord wise vortices. For considering the nonlinearities due to the neighboring blade sections, sophisticated Newton-Rapson algorithm is applied. The validation of this method was done by comparing the simulations with the measurements on the NREL Phase-VI horizontal axis wind turbine(HAWT) in the NASA Ames wind tunnel under uniform conditions. This method gives good agreements with experiments in most cases.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.32
no.1
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pp.100-109
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2008
The three-dimensional flows in the Weis-Fogh mechanism are studied by flow visualization and numerical simulation by the vortex method. The vortex method. especially the vortex stick method, is employed to investigate the vortex structure in the wake of the two wings. The pressure is estimated by the Bernoulli equation, and the lift on the wing are also obtained. As the results the eddies near the leading edge of each wing in the fling stage take a convex shape because the eddies shed from both tips entrain the flows and the downwash in the rotating stage is deflected toward the outside because the outside tip vortex is stronger than the inside one. And the lift coefficient on the wings in this mechanism is almost independent of the Reynolds number.
Vortex-induced vibrations are a type of flow-induced vibrations caused by alternating lift forces. With increasing demand for renewable energy, the application of vortex-induced vibrations to renewable energy has been widely studied. Vortex-induced vibrations for aquatic clean energy (VIVACE) converter is a renewable energy device that generates electricity from rivers or oceans using vortex-induced vibrations. To increase the design life and power harnessing capacity of the VIVACE converter, the estimation of fluid forces due to vortex-induced vibrations is essential. Herein, vortex-induced vibrations were experimentally tested, and their amplitude and frequency response were measured. The amplitude results showed four different branches: initial branch, upper branch, lower branch, and desynchronization range. According to the fluid force coefficient results, the maximum lift coefficient occurred at the upper branch. Additionally, a mathematical model is proposed to estimate fluid forces due to vortex-induced vibrations without using measurement devices. This mathematical model enables the estimation of fluid force coefficients and phase lag using amplitude and frequency response of vortex-induced vibrations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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