In nature, the swallowtail butterfly is known to be a versatile flyer using gliding and flapping efficiently. Furthermore, it has long tails on the hind-wing that may be associated with the enhancement of the gliding performance. In the present study, we investigate the aerodynamic property of swallowtail butterfly wing in gliding. We use an immersed boundary method and conduct a numerical simulation at the Reynolds numbers of 1,000 - 3,000 based on the free-stream velocity and the averaged chord length for seven different attack angles. As a result, we clearly identify the existence of the wing-tip and leading-edge vortices, and a pair of the streamwise vortices generated along the hind-wing tails. Interestingly, at the attack angle of $10^{\circ},$ hairpin vortices are generated above the center of the body and travel downstream.
Park, Sanghyun;Sheen, DongJin;Chang, Kyoungsik;Kwag, DongGi
Journal of Aerospace System Engineering
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v.10
no.1
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pp.1-7
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2016
During flight of the aircraft, the vortex merging phenomenon appears under the certain condition between co-rotating vortices which were generated at the wing tip and lifting-surface. And then these merged vortices at both sides show counter-rotating pattern to affect on the downstream of the aircraft. In this paper, the numerical simulations are conducted assuming this phenomenon in two-dimensional co-rotating or counter-rotating vortices pairs. Two-dimensional incompressible Navier-Stokes equations were converted into Vorticity-Streamfunction form and the Galerkin spectral method was adopted. The third order Runge-Kutta method was used for time integration. The effects on the vortex merger and degree of vortex merger were investigated according to time, Reynolds number, and changes in the distance between two vortices.
The unsteady evolution of trailing vortex sheets behind wings in close formation flight near the ground is simulated using a discrete vortex method. The ground effect is included by an image method. The method is validated by comparing computed results with other numerical results. For a lifting line with an elliptic loading, the ground has an effect of moving wingtip vortices laterally outward and suppressing the development of vortex evolution. The gap between wings in close formation flight has an effect of moving up wingtip vortices facing each other. For wings flying in parallel, the ground effect causes the wingtip vortices facing each other to move up, and it makes the opposite wing tip vortices to move laterally outward. When there is a relative height between the wings in ground effect, right-hand side wingtip vortices from a mothership move laterally inward.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.12
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pp.1017-1026
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2016
The present paper describes the two off-surface visualization techniques and their application examples to vortex flows. One of the two visualization techniques is the classical smoke-wire technique, and the other is the visualization technique using the micro water-droplets generated by the home-style ultrasonic humidifier. The smoke-wire technique has the limit of air flow speed (about 5 m/sec for 0.07 mm-diameter wire) and the pollution problem, but it produces very fine and clear streak line sheet. It is applied to visualize the wing-tip vortices of a 3-dimensional wing. The micro water-droplet technique has the larger limit of air flow speed (above 10 m/sec) and is free from pollution and toxic problems compared to the smoke-wire technique. It is successfully applied to visualize the complex vortex system of a double-delta wing with an apex strake.
A. Mondal;S. Chatterjee;A. McDonald Tariang;L. Prince Raj;K. Debnath
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.10
no.2
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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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.71-74
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2012
Generally, tone noise is generated at the rotary wing and helicopter. BVI(Blade-Vortex Interaction) noise is one of the helicopter's tone noise. The BVI noise is governed by tip-vortex characteristics such as vortex size, strength and trajectory. To avoid BVI, many methods have been developed and proposed. In this paper, rotating blade with active tab was numerically investigated to reduce BVI noise. For flow and noise simulation, the lifting surface approach and the acoustic analogy were used. Using numerical methods, the noise directivity and maximum noise position were predicted.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.4
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pp.10-17
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2002
A study on the dynamic ground effect on three-dimensional wings is done using an indirect boundary element method(unsteady panel method). An integral equation is obtained by applying Green's theorem on all surfaces of the fluid domain. Constant strength dipole and source panels arc distributed on a wing's surface. The wake sheet is represented by constant strength dipoles. At each time step, a row of wake panels is assumed to be convected from the trailing edge of the wing. The tip vortex behind wings in dynamic ground effect moves outward. The amplitudes of the aerodynamic coefficients for the wings in dynamic ground effect are augmented much more comparing to the case in static ground effect.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.25
no.6
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pp.757-764
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2019
Depressurization occurs around underwater objects moving at high speeds. This causes cavitation nuclei to expand, resulting in cavitation. Cavitation is accompanied by an increase in noise and vibration at the site, particularly in the case of thrusters, and this has a detrimental ef ect on propulsion performance. Therefore, predicting cavitation is necessary. In this study, an analytical method for cavitation noise is developed and applied to an elliptic wing. First, computational fluid dynamics are performed to obtain information about the flow fields around the wing. Then, through the cavitation nuclei density function, number of cavitation nuclei is calculated using the initial radius of the nuclei and nuclei are randomly placed in the upstream with large pressure drop around the wing tip. Bubble dynamics are then applied to each nucleus using a Lagrangian approach for noise analysis and to determine cavitation behavior. Cavitation noise is identified as having the characteristics of broadband noise. Verification of analytical method is performed by comparing experimental results derived from the large cavitation tunnel at the Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering.
There have been many academic researches on the aerodynamic design of wind turbine based on blade element method (BEM) and momentum theory (MT, or actuating disk theory). However, in the real world, the turbine blade design requires many additional constraints more than theoretical analysis. The standard procedure is studied in the present paper to design new blades for the wind turbine system ranged from the small size from 1 to 10 kW. From the experience of full design of a 10 kW blade, the authors tried to set up a standard procedure for the aerodynamic design based on IEC 61400-2. Wind-turbine scale, rotating speed, and geometrical chord/twist distribution at the segmented span positions are calculated with a suitable BEM/MT code, and the geometrical shape of tip and root should be modified after considering various parameters: wing-tip vortex, aerodynamic noise, turbine efficiency, structural safety, convenience of fabrication, and even economic factor likes price, etc. The evaluated data is passed to the next procedure of structural design, but some of them should still be corresponded with each other: the fluid-structure interaction is one of those problems not yet solved, for example. Consequently, the design procedure of small wind-turbine blades is set up for the mass production of commercial products in this research.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.24
no.2
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pp.19-24
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2016
Positional stability analysis based on aerodynamic forces and induced moments of formation flight using two small aircraft models is presented. The aerodynamic force and moments of the trailing aircraft are analyzed in the aspect of flight stability. The induced moments with the change of local flow direction by wing-tip vortex from the leading aircraft can affect the flight positional stability of aircraft in closed formation flight. Aerodynamic forces and moments of trailing aircraft model are measured by 6-component internal balance at the 49 locations with vertical and lateral space between two aircraft models. Results are shown that the positional stability of trailing aircraft in formation flight can be analyzed by positional stability derivatives with vertical and lateral space. It is concluded that flying positions can be important factors for aircraft position stability due to induced aerodynamic force and moments with vertical and lateral spacing by the variation of flow pattern from the leading aircraft in formation flight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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