Numerical calculations were performed to investigate the influence in aerodynamic characteristics of a rotor system by surrounding structures and the ground effect for the rotor blade on a whirl tower is also investigated. Three dimensional Navier-Stokes simulations were carried out by using unstructured overset mesh technique and parallel computation. The calculated hover performance showed good agreement with the experimental result and showed that the structures around the whirl tower did not affect the aerodynamic characteristics of the blade. The ground effect was studied by comparing with the numerical result for the out of ground condition and the result of an analytic model.
Modern helicopter rotor blades with non-homogeneous cross sections, composed of anisotropic material, require highly sophisticated structural analysis because of various cross sectional geometry and material properties. They may be subjected by the combined axial, bending, and torsional loading, and the dynamic and static behaviors of rotor blades are seriously influenced by the structural coupling under rotating condition. To simplify the analysis procedure using one dimensional beam model, it is necessary to determine the principal coordinate of the rotor blade. In this study, a method for the determination of the principal coordinate including elastic and shear centers is presented, based upon continuum mechanics. The scheme is verified by comparing the results with confirmed experimental results.
In the present study, CFD methods are applied in the design procedure of rotor blades in a axial-flow fan and the aerodynamic performances are predicted. The blade profiles initially determined by the free vortex method and empirical formula are modified to match the target value of the rotor work load through the analysis of 3D Navier-Stokes solver. The corrected shapes of the rotor blade showed the increase of the efficiency and the pressure simultaneously.
GFRP based composite rotor blades were developed for 750kW & 2MW wind turbines. The blade sectional geometry was designed to have a general shell-spar and shear web structure. For verifying the structural safety under all relevant extreme loads specified in the GL guidelines, the structural analysis of the rotor blades was performed using commercial FEM codes. The static load carrying capacity, blade tip deflections and natural frequencies were evaluated to satisfy the strength and stability requirements. Full-scale proof tests of rotor blades were carried out with optical fiber sensors for real-time condition monitoring. Finally, the prototype of each rotor blade passed all proof tests for GL certification.
Maeda, Takao;Kamada, Yasunari;Okada, Naohiro;Suzuki, Jun
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제3권4호
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pp.360-368
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2010
This paper describes the flow field and the blade pressure distribution of a horizontal axis wind turbine in various yawed flow conditions. These measurements were carried out with 2.4m-diameter rotor with pressure sensors and a 2-dimensional laser Doppler velocimeter for each azimuth angle in a wind tunnel. The results show that aerodynamic forces of the blade based on the pressure measurements change according to the local angle of attack during rotation. Therefore the wake of the yawed rotor becomes asymmetric for the rotor axis. Furthermore, the relations between aerodynamic forces and azimuth angles change according to tip speed ratio. By the experimental analysis, the flow field and the aerodynamic forces for each azimuth angle in yawed flow condition were clarified.
본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용한 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법에 대한 연구를 수행하였다. 반복적인 최적설계 계산을 위해 자동격자생성 프로그램을 개발하였으며, VABS를 이용해 로터 블레이드 단면에 대한 응력해석을 수행하였다. 로터 블레이드 최소질량을 목적함수로 정의하였으며, 응력 파손지수와 단면 질량중심 그리고 단위 길이 당 블레이드 최소질량을 구속조건으로 설정하였다. 최종적으로 본 논문의 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법을 통해서 스킨 적층각 및 스킨 두께 그리고 토션박스 두께, 토션박스 위치, 토션박스 폭과 같은 블레이드 단면 설계변수들이 결정되었다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제10권2호
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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.
본 연구의 목적은 주로터 블레이드와 장애물 충돌 시 실제 파괴형상과 유사한 시뮬레이션을 통해 발생되는 하중을 구하고, 이것을 이용하여 허브 및 변속장치의 안전성을 검토함으로써 승무원의 안전성을 확보하는 것이다. 헬리콥터의 실제 운용 시에 주로터 복합재 블레이드 바깥쪽 10% 지점에 직경 203mm의 강체실린더가 충돌할 경우에도 주로터주축은 파괴가 발생하지 않아야 하고 변속장치가 탑승공간으로 침투하는 위험한 변위가 발생하지 않아야 한다. 강체와 블레이드 충돌 시 주로터의 주축과 변속장치의 영향성을 확인하기 위하여 탄소성 손상 재질을 사용하여 복합재 블레이드와 나무(강체실린더의 경우는 강체)의 해석모델을 구성하였으며, 파괴진행과정을 실제와 유사하게 구현하기 위해 여러 개의 접촉면을 생성하여 충돌해석을 수행하였고, 구형베어링 및 리드래그댐퍼에 전달되는 하중을 구하였다. 또한, 블레이드 회전속도 및 피치각도의 변화가 전달하중에 미치는 영향을 검토하였다.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제10권2호
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pp.125-133
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2009
To numerically simulate aerodynamics of rotor-airframe interaction in a rigorous manner, we need to solve the Navier-Stokes system for a rotor-airframe combination as a whole. This often imposes a serious computational burden since rotating blades and a stationary body have to be simultaneously dealt with. An efficient alternative is to adopt a momentum source method in which the action of rotor is approximated as momentum source over a rotor disc plane in a stationary computational domain. This makes the simulation much simpler. For unsteady simulation, the instantaneous momentum sources are assigned only to a portion of disk plane corresponding to blade passage. The momentum source is obtained by using blade element theory with dynamic inflow model. Computations are carried out for the simple rotor-airframe model (the Georgia Tech model) and the results of the simulation are compared with those of the full Navier-Stokes simulation with moving mesh system for rotor and with experimental data. It is shown that the present simulation yields results as good as those of the full Navier-Stokes simulation.
본 연구에 채택된 마이크로터빈은 축류형 터빈으로 2단으로 구성되어져 있으며 로터 유로에서의 평균반경이 8.4 mm이다. 이러한 소형 터빈은 마이크로 동력시스템의 드라이브로 사용되어질 수 있으며 무부하 상태에서 100,000 RPM의 회전속도에 도달한다. 하지만 낮은 부분분사에서 작동하므로 동익과 정익의 익형각에 따라 성능의 변화가 발생되어진다. 따라서 노즐, 정익, 동익의 익형각을 변경하면서 비출력과 총 비토오크를 측정하여 각각의 성능을 분석하였다. 성능실험의 결과에 의하면 동익 익형각의 변화에 따라 총 비토오크가 15%까지 변경되어졌으며 최적의 입사각은 $10.3^{\circ}$ 정도였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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