Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.8
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pp.662-669
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2012
The effect of aspect ratio (AR) on the aerodynamic characteristics of a flapping wing was examined to analyze the design parameters of an insect-based MAV. The experimental model constructed with 4-bar linkages was operated in a water tank with the condition of a low Reynolds number. A water-proof micro-force load cell was fabricated and installed at the root of the wing which is made of a plexiglas. The wing shapes were based on the planform of a fruit fly wing. The ARs selected were 1.87, 3.74 and 7.48 and the Reynolds number was fixed at $10^4$. For AR=1.87 and 3.74, distinct lift peaks which indicate unsteady effects such as 'wake-capture' were observed at the moment of the start of the wing-stroke. However, for AR=7.48, no unsteady effects were observed. These phenomena were also observed in the delayed rotation case. The results indicate that a larger AR provides better aerodynamic performance for the insect-based flapping wing which can be applied in MAV designs.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.25
no.5
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pp.1076-1085
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2001
Experimental investigations of the longitudinal vortices, which are produced by wing type vortex generators set up behind a circular cylinder in a rectangular channel, are presented. When the circular cylinder is set up in the rectangular channel, a horseshoe vortex is formed just upsteam of the circular cylinder. It generates a turbulent wake region behind the circular cylinder. Therefore, the region of the pressure loss behind the circular cylinder in increased and the size of the wake is small. These problems can be achieved by longitudinal vortices which are generated by wing-type vortex generator. In order to control the strength of longitudinal vortices, the angle of attack of the vortex generators is varied from 20 degree to 45, but the spacing between the vortex generators is fixed 6cm. The 3-dimensional mean velocity measurements are made using a five-hole probe. The vorticity field and streamwise velocity contour are obtained from the velocity field. The following results are obtained. Circulation strength is the maximum value when the angle of attack($\beta$) is $30^{\circ}$, and the vorticity field and streamwise velocity contour in case of $\beta$=$20^{\circ}$ show the trend similar to these in case of $\beta$=$30^{\circ}$, but do not in case of $\beta$=$45^{\circ}$.
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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v.4
no.4
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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.
Torabi, Ali Reza;Shams, Shahrokh;Fatehi-Narab, Mahdi
Steel and Composite Structures
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v.39
no.5
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pp.543-564
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2021
In this study free vibration analysis of a cracked Goland composite wing is investigated. The wing is modelled as a cantilevered beam based on Euler- Bernoulli equations. Also, composite material is modelled based on lamina fiber-reinforced. Edge crack is modelled by additional boundary conditions and local flexibility matrix in crack location, Castigliano's theorem and energy release rate formulation. Governing differential equations are extracted by Hamilton's principle. Using the separation of variables method, general solution in the normalized form for bending and torsion deflection is achieved then expressions for the cross-sectional rotation, the bending moment, the shear force and the torsional moment for the cantilevered beam are obtained. The cracked beam is modelled by separation of beam into two interconnected intact beams. Free vibration analysis of the beam is performed by applying boundary conditions at the fixed end, the free end, continuity conditions in the crack location of the beam and dynamic stiffness matrix determinant. Also, the effects of various parameters such as length and location of crack and fiber angle on natural frequencies and mode shapes are studied. Modal analysis results illustrate that natural frequencies and mode shapes are affected by depth and location of edge crack and coupling parameter.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.2
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pp.98-106
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2019
Human-powered aircraft has wings with a shape of high aspect ratio which results in large bending displacement. This paper aims to improve the structural limitation by changing an incidence angle of the wings. The tendency change of bending displacement at the wing tip is observed assuming that airfoil and cross-sectional shape of the wing is fixed, and amount of the total lift generated is satisfied. Quasi-steady lift, drag and the aerodynamic moment are distributed with regard to sections of the wing. Those are analyzed using a numerical nonlinear lifting-line method and 'geometrically exact beam' (GEB) program in EDISON. 'Variational Asymptotic Beam Sectional Analysis' (VABS) program is used to check if the present wing is structurally solid. Furthermore, the predicted tip deflections are verified by comparing with DYMORE.
The Damage Tolerant Design is developed to help alleviate structural failure and cracking problems in aerospace structures. Recently, the Damage Tolerant Design is required and recommended for most of aircraft design. In this paper, the damage tolerant design is applied to tilt rotor UAV. First of all, the fatigue load spectrum for the tilt rotor UAV is developed and fatigue analysis is performed for the flaperon joint which has FCL (fatigue critical location). Tilt rotor UAV has two modes: helicopter mode when UAV is taking off and landing; fixed wing mode when the tilt rotor UAV is cruising. To make fatigue load spectrum, FELIX is used for helicopter mode. TWIST is used for fixed wing mode. Fatigue analysis of flaperon joint is performed using fatigue load spectrum. E-N curve approach is used for picking crack initiation point. The LEFM(Linear Elastic Fracture Method) is considered for analyzing crack growth or propagation. Finally, including the crack initiation and propagation, the fatigue life is evaluated. Therefore the Damage Tolerant Design can be done.
Kim, Dong-Gyun;Lee, Byoungjin;Lee, Young Jae;Sung, Sangkyung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.9
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pp.759-765
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2016
This paper presents the principle, dynamics modeling and control, hardware implementation, and flight test result of a hybrid-type unmanned aerial vehicle (UAV). The proposed UAV was designed to provide both hovering and fixed-wing type aerodynamic flight modes. The UAV's flight mode transition was achieved through the attitude transformation in pitch axis, which avoids a complex rotor tilt mechanism from a structural and control viewpoint. To achieve this, a different navigation coordinate was introduced that avoids the gimbal lock in pitch singularity point. Attitude and guidance control algorithms were developed for the flight control system. For flight test purposes, a quadrotor attached with a tailless fixed-wing structure was manufactured. An onboard flight control computer was designed to realize the navigation and control algorithms and the UAV's performance was verified through the outdoor flight tests.
Recent technological advance in UAV (Unmanned Aerial Vehicle) technology offers new opportunities for assessing crop situation using UAV imagery. The objective of this study was to assess if reflectance and NDVI derived from consumer-grade cameras mounted on UAVs are useful for crop condition monitoring. This study was conducted using a fixed-wing UAV(Ebee) with Cannon S110 camera from March 2015 to March 2016 in the experiment field of National Institute of Agricultural Sciences. Results were compared with ground-based recordings obtained from consumer-grade cameras and ground multi-spectral sensors. The relationship between raw digital numbers (DNs) of UAV images and measured calibration tarp reflectance was quadratic. Surface (lawn grass, stairs, and soybean cultivation area) reflectance obtained from UAV images was not similar to reflectance measured by ground-based sensors. But NDVI based on UAV imagery was similar to NDVI calculated by ground-based sensors.
Today, most fixed-wing aircrafts are equipped with the antiskid brake system. It can modulate braking moments in the wheels optimally, when an aircraft is landing. So it can reduce landing distance and increase safeties. The antiskid brake system for an aircraft are mainly composed of braking moment modulators (hydraulic control valves) and brake control unit. In this paper, a Mark IV type - fully digital - brake controller is studied. For the development of its control algorithms, a 5-DOF (Degree of Freedom) aircraft landing model is composed in the form of matlab/simulink model at first. Then, braking moment control algorithms using wheel decelerations and slips are made. The developed algorithms are tested in software simulations using state-flow toolboxes in matlab/simulink model. Also, a real-time simulation systems are made, which use hydraulic brake systems of a real aircraft, pressure control valves and its controller as hardware components of HIL(Hardware In-the-Loop) simulation. Algorithms tested in software simulations are coded into the controller and the real-time landing simulations are made in very severe road conditions. The real-time simulation results are presented.
Quad-Rotor, which consists of four blades, performs a flight task by controling each rotation speed of the four blades. Quad-Rotor blade making no use of cyclic pitch or collective one is a type of fixed-wing as different from helicopter blade. Although, Quad-Rotor is simple and easy to control for those reasons, blade configuration of the fixed wing is one of the critical factors in determining the performance of Quad-Rotor. In the present study, coefficients for thrust and power of Quad-Rotor blade were derived from the data acquired by using 6-component balances. Firstly, Measurements for aerodynamic force were conducted at various pitch angles (i.e., from 0$^{\circ}$ to 90$^{\circ}$ with the interval of 10$^{\circ}$). The blade used in this experiment has aspect ratio of 6 and chord length of 35.5 mm. Secondly, assembled-blade, which was an integral blade but divided into many pieces, was used in order to test aerodynamic forces along twist angles. The curve of thrust coefficient along pitch angle indicates a parabola form. Stall which occurs during wind tunnel test to calculate lift coefficient of airfoil does not generate. When deciding the blade twist angle, structural stability of blade should be considered together with coefficients of thrust and power. Those aerodynamic force data based on experimental study will be provided as a firm basis for the design of brand-new Quad-Rotor blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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