Multi-array/multi-location synthetic jet을 이용한 박리 제어

김상훈(Sang Hoon Kim),김종암(Chongam Kim) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.8

고받음각의 NACA23012익형에 대하여 synthetic jet을 이용하여 박리 제어를 수행하였다. 단일 synthetic jet을 이용하여 익형에 발생하는 앞전 박리를 효과적으로 지연시킬 수 있고, 또한 실속 특성을 개선 할 수 있음을 확인하였다. 그때 발생하는 비정상 유동 특성을 파악하였다. 또한, 현실적으로 구현 가능한 jet 속도를 얻기 위하여 multi-array synthetic jet의 특성을 파악하였다. 그리고 단일 위치에 장착된 synthetic jet을 이용하여 박리를 제어 하였을 경우 익형 윗면에 발생하는 작은 와동을 제거하기 위하여, multi-location synthetic jet을 이용하였다. 작은 와동을 제거 하고 안정적인 유동을 확보하기 위하여, 높은 진동수의 synthetic jet을 이용하여 국부적으로 효과적인 박리 제어를 통한 익형 주변의 유동의 전체적 특성을 안정화 시킬 수 있음을 확인하였다. Multi-location synthetic jet의 phase 변화를 이용하여 multi-array/multi-location synthetic jet의 성능 및 특성을 향상 시킬 수 있음을 확인하였다. Separation control has been performed using the multi-array/multi-location synthetic jet on NACA23012 at high angle of attack. The flow control using single synthetic jet shows that stall characteristics can be substantially improved with delayed separation point. Theses results show the characteristic of unsteady flow of single synthetic jet. Beside, we researched on multi-array synthetic jet to obtain applicable synthetic jet velocity. Multi-location synthetic jet is proposed to eliminate small vortex on suction surface of airfoil. With the results, we concluded that the flow around airfoil is stable by high frequency synthetic jet with elimination of small vortex and confirmation of stable flow. Moreover, performance of multi-array/multi-location synthetic jet can be improved by changing phase angle of multi-location synthetic jet.

NACA23012익형에서 synthetic jet을 이용한 유동 제어

김상훈(Sang Hoon Kim),김종암(Chongam Kim) 한국항공우주학회 2006 韓國航空宇宙學會誌 Vol.34 No.6

NACA23012익형에 대하여 synthetic jet을 이용하여 박리 제어를 수행하였다. 공력특성 의 향상을 위해 앞전 droop과 plain flap의 박리 부근에 synthetic jet을 위치시켰다. 고받음각에서 앞전 박리의 발생으로 인한 실속을 앞전 droop의 작동과 이때 발생하는 앞전 박리를 synthetic jet으로 효과적으로 지연시킬 수 있고, 또한 실속 특성을 개선 할 수 있음을 확인하였다. 양력의 향상을 위하여 plain flap을 장착하였고, 이때 발생하는 박리를 synthetic jet으로 지연시켜 제어면의 작동 효율을 증가 시킬 수 있음을 확인하였다. 앞전 droop과 plain flap으로 구성된 간단한 고양력 장치에 발생하는 박리를 synthetic jet으로 제어함으로 실속을 지연시킴과 동시에 실속 특성을 향상시키고, 최대 양력의 증가로 fowler flap에 버금가는 공력특성을 확보할 수 있음을 확인하였다. Flow control has been performed using synthetic jet on NACA23012. In order to improve aerodynamic performance, synthetic jet is located near separation point on airfoil with leading edge droop and plain flap. The flow control using synthetic jet shows that stall characteristics and control surface performance can be substantially improved through separation vortices resizing. Stall is delayed and stall characteristics are enhanced when synthetic jet is applied from separation region of leading edge droop. And, maximum lift is increased. Control surface effectiveness is augmented and lift is increased when synthetic jet applied at the flap leading edge region. The results show that overall aerodynamic characteristics can be improved through leading edge droop with synthetic jet at near separation and plain flap with synthetic jet at the flap leading edge. The combination of synthetic jet and simple high lift device is as good as fowler flap system.

익형에서의 synthetic jet을 이용한 박리제어 mechanism

김상훈(S.H. Kim),김우레(W. Kim),홍우람(W. Hong),김종암(C. Kim) 한국전산유체공학회 2007 한국전산유체공학회 학술대회논문집 Vol.2007 No.-

Separation control has been performed using synthetic jets airfoil at high angle of attack. Computed results demonstrated that stall characteristics and control surface performance could be substantially improved by resizing separation vortices. It was observed that the actual flow control mechanism and flow structure is fundamentally different depending on the range of synthetic jet frequency. For low frequency range, small vortices due to synthetic jet penetrated to the large leading edge separation vortex, and as a result, the size of the leading edge vortex was remarkably reduced. For high frequency range, however, small vortex did not grow up enough to penetrate into the leading edge separation vortex. Instead, synthetic jet firmly attached the local flow and influenced the circulation of the virtual airfoil shape which is the combined shape of the main airfoil with the separation vortex. Theses results show the characteristic of unsteady flow of single synthetic jet. Beside, we researched on multi-array synthetic jet to obtain applicable synthetic jet velocity. Multi-location synthetic jet is proposed to eliminate small vortex on suction surface of airfoil. With the results, we concluded that the flow around airfoil is stable by high frequency synthetic jet with elimination of small vortex and confirmation of stable flow. Moreover, performance of multi-array/multi-location synthetic jet can be improved by changing phase angle of multi-location synthetic jet.

Synthetic jet을 이용한 스마트 무인기(SUAV) 유동제어 Part 2 : 천이 비행 모드에서 synthetic jet을 이용한 유동제어

김민희(Min Hee Kim),김상훈(Sang Hoon Kim),김우례(Woore Kim),김종암(Chongam Kim),김유신(Yushin Kim) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.12

스마트 무인기 익형 주위의 유동 구조를 파악하고 이를 바탕으로 synthetic jet을 이용하여 천이 비행 모드에서의 수익하중 감소 여부를 파악하였다. 스마트 무인기의 실제 비행 모드에서의 유동 구조를 분석하여 앞전 및 뒷전에서 발생하는 와류에 의해서 수익하중이 크게 증가함을 밝혔다. 이에 앞전과 뒷전에서 발생하는 유동의 박리를 효과적으로 제어하기 위하여 Part 1의 결과를 바탕으로 0.01c, 0.95c<SUB>flap</SUB> 지점에 jet을 위치시키고 각각 무차원 주파수(F+)를 0.5, 5로 작동시켜 그에 따른 유동구조 변화와 항력 감소율을 알아보았다. 그 결과 천이 비행 모드에서의 유동 제어를 위해서는 앞전에 위치한 jet만을 작동시킬 경우 가장 효과적으로 수익하중을 감소시킬 수 있음을 밝혔다. 이에 정지 비행 모드에서 뿐만 아니라 천이 비행 모드에서 synthetic jet을 이용하여 유동을 제어한다면 스마트전 비행 모드에서의 비행성능과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있을 것이다. In order to reduce the download around the Smart UAV(SUAV) at Transition mode, flow control using synthetic jet has been performed. Many of the complex tilt rotor flow features are captured including the leading and trailing edge separation, and the large region of separated flow beneath the wing. Based on the results of part 1 of the present work, synthetic jet is located at 0.01c, 0.95c<SUB>flap</SUB> and it is operated with the non-dimensional frequency of 0.5, 5 to control the leading edge and trailing edge separation. Consequently, download is substantially reduced compared to with no control case at transition mode using leading edge jet only. The present results show that the overall flight performance and stability of the SUAV can be remarkably improved by applying the active flow control strategy based on synthetic jet.

Synthetic jet을 이용한 고 받음각에서의 delta wing 유동제어

이준희,김민희,이병현,김종암 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.11

실험적, 수치적 방법을 통하여 synthetic jet을 이용한 고 받음각에서의 delta wing 유동제어를 수행하였다. Synthetic jet-off 조건에서의 유동 특성을 파악하고 와류 붕괴 현상을 분석하기 위하여 풍동 실험을 통한 표면 유동가시화 및 표면 압력 측정을 수행하였으며, 전산수치해석을 통하여 보다 자세한 유동 구조를 파악하였다. 이를 바탕으로 와류 붕괴 현상을 완화시켜 normal force를 향상시키기 위하여 앞전 부근에 synthetic jet을 위치시키고 압력 센서를 배열하여 유동제어 실험을 수행하였다. Synthetic jet의 작동 주파수에 따른 실험을 통하여 유동제어에 보다 효과적인 구동기의 작동 주파수를 찾고, 이를 바탕으로 synthetic jet의 위치에 따른 유동제어 특성 및 normal force 증가 여부에 대하여 확인하였다. This paper presents experimental and computational investigations on the flow control of delta wing at a high angle of attack using synthetic jets. For control-off condition, flow characteristics have been investigated by analyzing surface pressures, oil flow visualization, and computed vortical structures. Based on the baseline data, synthetic jets and pressure sensors were installed to control vortex breakdown. For control-on condition, comparative studies were then conducted by changing parameters, such as oscillation frequency and actuation type. As a result, adequate oscillation frequency and efficient actuation location were found for the flow control of delta wing.

Synthetic Jet을 이용한 실속 박리의 폐루프 제어

이병현,김민희,최병훈,김현진,김종암 한국항공우주학회 2013 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2013 No.11

앞전 실속 상태의 NACA 64A210 에어포일에 대한 synthetic jet의 유동 제어 능력을 검증하기 위해 단계적인 실험 및 전산수치해석을 수행했다. 첫 번째 단계에서는 synthetic jet-off 조건에서 NACA 64A210 에어포일의 기본 공력 특성을 분석했고, 이를 바탕으로 유동 박리를 감지하는 파라미터를 도출했다. 그 다음 단계에서는 실속 받음각 조건에서 open-loop control 실험을 수행했고, 전산수치해석에 의한 유동 구조와 비교하여 synthetic jet 작동 조건 변화에 따른 유동 특성을 분석했다. 마지막 단계에서는 받음각 변화에 따른 유동 박리를 감지하여 closed-loop control로 구동되는 synthetic jet 시스템을 구성하여 실험을 수행했다. 다양한 실험 및 수치 해석 분석 결과, 에어포일의 앞전 실속을 제어하기 위한 synthetic jet 유동 제어 성능이 효과적임을 확인할 수 있었다. Step-by-step experimental and computational studies were conducted to verify the flow control capability of synthetic jet on a stalled NACA 64A210 airfoil. First, experimental and numerical data were examined by analyzing the baseline characteristics of NACA 64A210 when synthetic jet was off. Next, open-loop control experiments were carried out to demonstrate the flow separation control in the post-stall regime. Experimental results were analyzed with the help of the computed flow structures. Finally, closed-loop control experiments were conducted by detecting the onset of flow separation. Based on various comparisons, active flow control using synthetic jet was found to be effective for the leading-edge stalled airfoil.

Synthetic Jet을 이용한 능동유동제어 실험

이준희(Junhee Lee),김종암(Chongam Kim) 한국추진공학회 2016 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2016 No.12

본 논문은 능동유동제어 장치의 하나인 synthetic jet을 이용한 유동박리 제어를 다루고 있다. 먼저 synthetic jet의 원형출구 지름과 간격을 조절하여 유동제어에 효과적인 jet 출구형상을 찾았다. 두 번째로 설계된 구동기를 2차원 airfoil에 적용하여 양항비 향상에 효과적인 작동주파수와 작동조건에 대해 조사하였다. 마지막으로 복잡한 유동조건을 가진 blended wing body 형상의 3차원 날개에 적용하여 힘과 모멘트 변화를 분석하였다. 그 결과 synthetic jet은 다양한 유동조건에서 유동박리제어에 효과적임을 확인할 수 있었다. This paper deals with experimental study of active flow control via synthetic jet for separated flow. First, we designed jet exit configuration to improve flow control performance by adjusting some key parameters, such as a hole diameter and hole gap. Second, the designed actuator was applied to an airfoil to find optimal operating frequencies and conditions for increasing the lift/drag ratio. finally, the synthetic jet was applied to the blended wing body configuration having a complex flow structure to investigate forces and moments acting on the wing. As a result, we found that the synthetic jet can be effective to the separation control under various flow conditions.

Synthetic jet을 이용한 스마트 무인기(SUAV) 유동제어 Part 1 : 정지 비행 모드에서 synthetic jet을 이용한 유동제어

김민희(Min Hee Kim),김상훈(Sang Hoon Kim),김우례(Woore Kim),김종암(Chongam Kim),김유신(Yushin Kim) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.12

스마트 무인기 익형 주위의 유동 구조를 파악하고 이를 바탕으로 synthetic jet을 이용하여 정지 비행 모드에서의 수익하중 감소 여부를 파악하였다. 스마트 무인기의 실제 비행 모드에 대하여 유동 구조를 분석하여 앞전 및 뒷전에서 발생하는 와류에 의해서 수익하중이 크게 증가함을 밝혔다. 이에 앞전과 뒷전에서 발생하는 유동의 박리를 제어하기 위하여 0.01c, 0.3c<SUB>flap</SUB>, 0.95c<SUB>flap</SUB> 위치에 jet을 위치시켰다. 또한 무차원 주파수(F+)의 변화에 따른 유동 구조 변화와 항력 감소율을 알아보았다. 그 결과, 와류의 유동 구조를 변화시켜 앞전과 뒷전에서 발생하는 거대한 와류의 박리 주기를 짧게 하고 와류의 크기를 감소시켜 정지 비행 모드에서 수익 하중을 효과적으로 감소시킬 수 있었다. In order to reduce the download around the Smart UAV(SUAV) at hovering, flow control using synthetic jet has been performed. Many of the complex tilt rotor flow features are captured including the leading and trailing edge separation, and the large region of separated flow beneath the wing. In order to control the leading edge andtrailing edge separation, synthetic jet is located at 0.01c, 0.3c<SUB>flap</SUB>, 0.95c<SUB>flap</SUB>. As non-dimensional frequency, the flow pattern is altered and the rate of drag reduction is changed. The results show that synthetic jets shorten the vortex period and decrease the vortex size by changing local flow structure. By using leading edge jet and trailing edge jet, download is efficiently reduced compared to no control case at hovering mode.

사각형 및 원형 출구 Synthetic Jet의 유동 특성에 대한 수치적 연구

김민희,김우례,김종암 한국항공우주학회 2011 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2011 No.4

사각형 및 원형 출구 형상 synthetic jet의 수치적 연구를 통하여 유입류가 존재할 경우 평판에서의 유동 구조를 분석하였다. 사각형 출구 형상의 경우, jet 직후에 강한 vortex가 생성되지만 주변에 적은 momentum을 공급하기 때문에 유입류 방향으로 갈수록 유동제어 효과가 급격하게 감소하게 된다. 원형출구 형상의 경우, 규칙적인 vortex의 형태가 slot 중앙부터 끝까지 나타나고 jet에 의해서 공급되는 vortex의 형태가 유입류의 방향으로 발달되게 되어 보다 멀리까지 vorticity의 영향이 미치게 된다. 유동제어 효과를 예상하기 위하여 사각형 및 원형 출구 형상의 위치 별 wall shear stress를 비교하였다. 그 결과, 원형 출구 형상이 사각형 출구 형상보다 유동제어 효과가 더 클 것으로 예상된다. The flow characteristics of synthetic jet depending on rectangular and circular jet exit configuration are investigated using numerical computation with cross flow. In rectangular slot, synthetic jet generates the strong vortex, however, supply fewer momentum and effectiveness of flow control is reduced along flow direction. In circular slot, regular vortex is formed from slot center to end and developed in flow direction. It affects the wider region than rectangular slot. The distribution of wall shear stress is considered in order to indicate the effectiveness of flow control device for flow separation delay. As a result, circular slot is a more suitable candidate for delaying flow separation.

Synthetic jet을 이용한 승용차의 공력저항 감소에 대한 실험적 연구

박훈일(Hoon-Il Park),이영빈(Youngbin Lee),강승온(Seung-On Kang),송기선(Ki-Sun Song),기정도(Jung-Do Kee),이준호(Jun-Ho Lee),정형석(Hyoung-Seog Chung),장영일(Young Il Jang),김규홍(Kyu-Hong Kim),이동호(Dong-Ho Lee) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5

This paper describes drag reduction of a passenger car by using synthetic jet in wind tunnel test. For the reduction of aerodynamic drag, 11 synthetic jets are installed at the edge of the trunk on a 1/4 scale passenger car model to control the separation of the flow. Aerodynamic drag reduction is observed according to the jet location, jet direction and jet driving frequency. However, in case of the trunk sideward jet, aerodynamic drag is increased. As a result, drag reducing jet location, jet direction and jet driving frequency are revealed and it shows the possibility of aerodynamic drag reduction of a passenger car can be achieved by the synthetic jet.