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이관중(Kwanjung Yee) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.1
본 논문에서는 직렬 배치된 익형이 동시에 플래핑 운동을 할 때의 추력 생성 과정과 유동특성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 익형의 운동 주파수, 진폭 및 전ㆍ후방익형 간의 상대거리 등에 대한 계산을 체계적으로 실시하여 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 먼저, 위상차 없이 전ㆍ후방 익형이 동시에 병진운동을 할 경우 대부분의 주파수와 진폭 영역에서 후방익형의 추력과 추진효율이 최대화됨을 알 수 있었다. 플래핑 진폭이 0.2 코드, 무차원주파수가 0.75일 경우, 후방익형의 추진효율이 전방익형보다 37% 이상 개선되는 것으로 계산되었다. 단, 익형의 운동 진폭과 주파수가 임계치를 초과할 경우 전방익형의 뒷전와류에 의해 후방익형의 앞전와류의 강도가 강화되면서 전체적인 추력과 효율이 저하될 수 있다. 둘째, 전ㆍ후방익형이 180도의 위상차를 갖고 운동을 할 경우에는 전방익형의 후류와 후방익형이 서로 반대방향으로 상호작용을 함으로써 결과적으로 공력특성이 악화되는 것을 알 수 있었다. 셋째, 후방익형의 배치 위치에 따른 특성은 수평방향으로는 두 익형사이의 거리가 멀어질수록 추력과 효율이 동시에 떨어지며, 수직방향 위치변화에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다. In this study, the thrust generation by simultaneous flapping airfoils in tandem configuration is parametrically studied with respect to flapping frequency, amplitude and relative location. Navier-Stokes solver with overset grid topology is employed to calculate the unsteady flowfields. The computation results indicate that when the two airfoils stroke in-phase - flapping phase lag is zero - the maximum propulsive efficiency and thrust can be obtained for most frequency and amplitude range. At a flapping amplitude of 0.2 chord and a reduced frequency of 0.75, the propulsive efficiency of aft airfoil is enhanced by about 37% compared with that of forward airfoil. However, if flapping frequency exceeds some critical value, the strength of the leading edge vortex of aft airfoil is fortified by the trailing edge vortex of the forward airfoil, resulting in poor propulsive efficiency. It is also found that out-of-phase flapping has relatively low propulsive efficiency and thrust since vortical wake of the forward airfoil interacts with the leading edge vortex of aft airfoil in the unfavorable fashion. The total thrust and propulsive efficiency are shown to decrease with the horizontal miss distance of the aft airfoil. On the contrary, the vertical miss distance has little effect on the overall aerodynamic performance.
Kline-Fogleman Airfoil과 이를 적용한 날개의 저 레이놀즈수 공력특성 연구
노나현,이관중,Roh, Nahyeon,Yee, Kwanjung 대한기계학회 2014 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.2 No.1
본 연구에서는 저 레이놀즈수에서의 Kline-Fogleman 익형과 이를 적용한 날개의 공력특성을 분석하였다. 레이놀즈수 $2.4{\times}10^5$ 이하 영역에서 양항비가 향상됨을 확인하였으며, 특히 레이놀즈수 $1{\times}10^4$에서 양항비가 26% 향상되었다. 양항비 측면에서 Kline-Fogleman 익형이 날개 중앙에 위치하는 것이 가장 유리하며, 전체 날개에 대한 Kline-Fogleman 익형의 면적이 80%일 때 양항비가 20% 증가함을 확인하였다. 이 때 항속시간은 12% 향상되었다. 또한 날개의 구조적 안정성과 양항비 향상률을 고려하였을 때 Kline-Fogleman 익형의 면적을 50%에서 80%사이로 설계하는 것이 유리할 것으로 판단된다. In this study, analyzed the aerodynamic characteristics of Kline-Fogleman airfoils and wings with those more efficiency at low Reynolds number. It was found that lift to drag ratio is enhanced in the range of Reynolds number below $2.4{\times}10^5$, especially, can be improved up to 26% at Reynolds number is $1{\times}10^4$. It was confirmed that the most advantage case in terms of lift-to-drag ratio is Middle case and lift-to-drag ratio is improved to 20% at 80% of the wing area is Kline-Folgeman airfoil. At this time, endurance time increase to 12%. Also taking the structural stability of the wing and lift-to-drag improvement into account, designed to be from 50% to 80% the size of the Kline-Fogleman Airfoil would be advantageous.
에어포일 공력 성능 테이블의 자동생성을 위한 GUI 환경의 프로그램 개발
김태우(Taewoo Kim),이관중(Kwanjung Yee),이재원(Jaewon Lee),채상현(Sanghyun Chae),오세종(Sejong Oh) 한국항공우주학회 2007 韓國航空宇宙學會誌 Vol.35 No.8
본 연구에서는 헬리콥터 하중 해석을 위한 통합해석코드에서 사용되는 에어포일의 공력 성능 테이블 작성 자동화를 위한 CUI 프로그램을 개발하였다. 개발 후 상용화를 위해 PC 환경에서 사용이 보편화 되어 있는 윈도우 운영체제 기반으로 프로그램을 개발하였다 또 한, 별도의 과정을 거치지 않고도 계산 과정 및 생성된 격자 표시등의 결과를 확인할 수 있는 후처리 기능을 포함하여 사용자의 편의를 도모하였다. 기 검증된 기존의 전산유체역학 코드를 기본으로 하여 다양한 받음각과 마하수 영역에서 공력해석이 자동적으로 수행 되도록 하였으며, 계산 격자는 에어포일 표면 좌표가 입력되면 자동으로 생성되도록 하였다. FORTRAN 으로 작성된 전산유체역학 코드를 별도의 변환 과정 없이 C++ 기반의 CUI 프로그램과 연동시키기 위하여 Mixed-Language 기법을 사용하였다. This paper describes the development procedure of GUI Program for the automated generation of airfoil performance table used in helicopter comprehensive code. Considering commercialization, the program is developed based on the Windows operating system. In addition, it is aimed to enhance user′s convenience by including embedded postprocessor which enables real-time display of calculation procedure and grid system Using the validated CFD code, the aerodynamic analyses are automated for a given range of Mach number and angles of attack. The computational grid system is designed to generate automatically once the surface coordinates are given. Mixed-Language scheme is employed in order to combine the CFD code in Fortran with C++ based GUI program, which makes the time-consuming code conversion unnecessary.
비정상 Source-Doublet 패널 기법을 이용한 헬리콥터 로터 공력 해석
이재원(Jaewon Lee),이관중(Kwanjung Yee),오세종(Sejong Oh) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.6
본 연구의 목적은 여러 가지 비행 모드 상의 로터 성능을 효율적으로 예측하는 것이다. 헬리콥터의 공력 특성을 예측하기 위한 비정상 source-doublet 패널 기법 기반의 수치 기 법을 개발하였다. 후류의 형상 예측에는 시간 전진 자유후류모델이 사용되었다. 점성에 의한 확산을 고려한 후류의 roll-up 모사를 위하여 후류의 doublet 패널은 같은 강도의 와류고리로 대체하여 계산하였다. 후류와 양력면의 충돌 문제는 표면격자 내부에 들어간 와류고리의 포텐셜값을 제거하여 해결하였다. 제자리비행의 해석 시에 나타나는 와류 불안정성의 해결에는 slow starting과 vortex core growth 모델을 사용하였다. 로터 공력 해석 프로그램은 제자리비행과 전진비행에 대한 실험 결과와 비교하여 검증하였으며, 실험치와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다. The purpose of this study is an efficient estimation of the time-dependent performance of rotors at various flight modes. A numerical technique based on the unsteady source-doublet panel method is developed to predict aerodynamic characteristics of helicopter rotor flowfields. A time-marching free wake model is used for wake consideration. For wake roll-up simulation in consideration of viscous diffusion, the wake doublet panel with constant strength is replaced by equivalent vortex ring. The potential value of the wake vortex ring inside the solid boundary was removed to deal with the wake-body collision problem. The vortex instability of hovering mode is settled by slow starting and a vortex core growth model. The rotor aerodynamic analysis program is validated by the experimental data of a helicopter rotor in hover and forward flight. The computed results show good agreement with the experimental data.