• Title/Summary/Keyword: 양력

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Aerodynamic Characteristics of Basic Airfoils for Agricultural Helicopter using Wind-tunnel Test and CFD Simulation (풍동실험과 CFD 시뮬레이션을 이용한 농용 헬리콥터 기본 익형의 공력특성 고찰)

  • Won, Yong Sik;Koo, Young Mo;Haider, B.A.;Sohn, Chang Hyun
    • Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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    • pp.54-54
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    • 2017
  • 본 연구는 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 기초 단계로서 V1505A 및 V2008B 기본 두 익형의 400 mm 블레이드 섹션에 해당하는 모델에 대한 풍동실험을 실시하여 양력, 항력 및 동력특성을 분석하고 CFD 시뮬레이션의 결과와 비교하고 검증하였다. 시뮬레이션은 풍동 실험과 유사하게 설정하기 위하여 400 mm 블레이드 섹션의 양 끝을 벽으로 제한하여 3차원 와류현상을 억제하여 모델을 구성하였고, 시뮬레이션의 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 사용된 모델은 로터로부터 $Re=0.32{\times}10^6$ 영역까지는 aminar 모델을 사용하였으며, 그 이후 영역역(>$Re=0.32{\times}10^6$)은 양력 및 저항의 급격한 변화를 올바로 포착할 수 있다는 S-A 모델을 적용하여 확장하였다. 시뮬레이션의 격자는 유동 현상에 있어 박리로 야기된 와류 현상을 관찰하기 위하여 익형 주변에 접하는 부분에 격자를 집중시켰다. 시뮬레이션 방법은 유속은 36~141 m/s 까지 5 수준으로 하였으며, 받음각은 $0{\sim}16^{\circ}$로 7 수준으로 변화 시키면서 공력계수 및 동력을 분석하였다. 양력분석에 있어 익형 V1505A에 비해 익형 V2008B의 특성이 우수하였으나, 익형 V1505A는 실속 이후 양력이 급격히 떨어지지 않고 유지되는 특성을 보였다. 익형 V2008B는 낮은 받음각에서 높은 공력과 낮은 항력을 나타냈다. 동력 분석 결과로 익형 V1505A의 유도동력은 총 동력의 56~72%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 27~43%를 차지하였다. 익형 V2008B는 유도동력은 총 동력의 66~81%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 18~33%를 차지하였다. 익형 V2008B이 익형 V1505A보다 유도동력은 크며, 형상동력은 적게 나와 상대적으로 효율적이라 할 수 있다. 헬리콥터 동력원의 규모는 법률적인 총중량에 의하여 제한되므로 일반적인 농용 소형 무인 헬리콥터 엔진의 사양인 24.5 kW (32PS)를 적용한다면, 익형 V1505A은 받음각 $8{\sim}10^{\circ}$에서 그리고 익형 V2008B은 $7{\sim}9^{\circ}$정도에서 받음각이 제한되며 이때 총 양력은 1200~1300 N 정도로 예상된다.

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Predicting Lift of Rotor Blade for Agricultural Unmanned Helicopter using CFD Simulation (CFD 시뮬레이션을 이용한 농용 회전익기의 로터블레이드 양력성능 예측)

  • Koo, Young Mo;Won, Yong Sik;Hong, Jong Geun;Ali, H.B.;Sohn, Chang Hyun
    • Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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    • pp.59-59
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    • 2017
  • 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

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Multiscale modeling for circular cylinder patch (원형 실린더 패치의 멀티스케일 모델링)

  • Choe, Yun-Yeong;Cheon, Su-Min
    • Proceeding of EDISON Challenge
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    • pp.580-584
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    • 2015
  • 수중 식생, 해양 구조물과 같은 복합 구조에 대하여 본 연구에서는 각각의 구조물을 원형 실린더로 가정하고, 구조물 다발 하나를 원형 실린더 패치로 가정하였다. 패치들의 배열을 계산할시 기존의 방법으로는 많은 격자가 필요하기 때문에 좀 더 효율적으로 외력의 특성을 파악할 방법을 살펴보았다. 계산 영역 내에서 평균화된 정보들을 통해서 이용하여 항력계수와 양력계수와 속도, 압력의 관계를 알아내는 모델링 방법을 해보았다.

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Korean Luni-solar Calendar Operating Instructions (음력 운용지침 소개)

  • Ahn, Young-Sook;Park, Han-Earl
    • The Bulletin of The Korean Astronomical Society
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    • v.42 no.2
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    • pp.69.3-70
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    • 2017
  • 음력은 양력과 함께 우리가 사용하고 있는 달력이다. 천문법은 양력인 그레고리력을 공식 달력으로 규정하는 한편 음력 또한 병행사용이 가능함을 명시하고 있다. 하지만 이 음력이 구체적으로 어떠한 방법으로 제정된 달력인지를 공식적으로 규정한 추가적인 근거는 있지 않다. 이 때문에 지금까지는 관습적으로 음력을 사용해왔다. 이에 국가 천문역법 업무를 수행하는 한국천문연구원에서는 최근 음력(태음태양력) 운용지침을 제정하고, 음력과 관련된 업무는 이 지침을 근거로 수행하고 있다. 이 발표에서는 음력의 생산과 공표절차와 같은 현재 우리나라의 음력 운용 체계를 소개하고, 음력 운용지침의 제정 배경과 절차, 그리고 상세내용을 설명하고자 한다.

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A Study on the Aerodynamic Force Augmentatation Panel for Improving Lift-Drag Characteristics at High Angle of Attack (높은 받음각에서 양항 특성의 향상을 위한 공력 보조 PANEL에 관한 연구)

  • Shin, Dong-Jin;Lee, Bong-Jun
    • Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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    • v.2
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    • pp.57-80
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    • 1994
  • 항공기에 사용되는 2차 조종면은 플랩, 탭, 스포일러 등 여러 종류가 있으며 이중 spoiler는 공력제어 기능을 가지고 항공기의 조종성에 영향을 미치는 조종면으로 속도 감속이나 옆놀이 조종용으로 사용된다. 본 연구에서는 비행제어용 spoiler 기능과 고양항력을 얻을 수 있는 새로운 장치인 고양항력 panel에 대한 공력특성 및 비행제어 특성에 대하여 연구하였다. 이러한 고양항력 panel은 재래식인 spoiler가 양력을 감소시키고 항력만 증가시키는 장치인데 반하여 양력과 항력을 동시에 증가 시킬 수 있는 새로운 장치로서 날개의 앞전 윗면에 스팬방향으로 설치하여 슬롯효과를 발생시킴으로써 최대 양력 받음각에서 앞전에서의 박리를 막아 비행기의 착륙시 양력의 급작스러운 감소로 인한 불안정성을 감소시키게 된다. 본 논문에서는 직사각형 날개 및 FA-200모형의 날개위에 고양항력 panel을 설치하여 풍동실험 및 수치계산을 한 결과를 기술하였다. 실험결과 직사각형 날개의 경우 고양항력 panel의 위치는 날개의 앞전에 설치할 경우 고받음각에서 실속지연의 효과와 함께 후방실속의 특성을 향상 시킬 수 있으며, 항력의 증가로 인한 스포일러 효과를 얻을 수 있다. 양항비특성은 고양항력 panel을 날개의 앞전에설치하고, 그폭이 시위의 1/5이고, 붙임각 ${\theta}$$10^{\circ}$, 높이가 시위의 3/20일때 받음각 $18^{\circ}$ 이후에서 우수한 특성을 나타내었다. FA-200 모형의 경우 옆놀이 모멘트계수는 받음각이 작을 때 고양항력 panel의 슬롯간격과 붙임각이 작을수록 커지나 받음각이 커지면 붙임각이 커짐에 따라 증가함을 알 수 있다. 또한 키놀이 모멘트계수는 크게 변화하지 않으나 항력 특성은 고양항력 panel의 붙임각이 증가함에 따라 증가하였다. 고양항력 panel의 붙임각이 큰 범위에서 (${\theta}$ =$10^{\circ}$) 공기력의 증가는 고양항력 panel의 시위가 날개시위의 30%이고 슬롯의 폭이 날개시위의 10%일때 증가하는 결과를 얻을 수 있다.

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Design Optimization of Passive Control Devices for Dynamic Stall Control (동적실속 수동제어장치 최적설계)

  • Joo, Wan-Don;Lee, Bo-Sung;Yee, Kwan-Jung;Lee, Dong-Ho
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.33 no.1
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    • pp.11-19
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    • 2005
  • In order to improve dynamic stall characteristics of an oscillating airfoil, optimal design has been performed for fixed nose droop and Gurney flap. Fixed nose droop is known to be very effective to improve pitching moment characteristics but may cause degeneration of aerodynamic lift at the same time. On the other hand, Gurney flap has the opposite characteristics. For fixed nose droop, location and angle are chosen as design variables, while length is defined as design variable for Gurney flap. Higher order response surface methodology and sensitivity based optimal design method are employed to handle highly nonlinear problem such as dynamic stall. Optimal design has been performed so that lift and pitching moment are simultaneously improved. The design results show that aerodynamic characteristics can be remarkably improved through present design approach and the present passive control method is as good as active control method which combines variable nose droop and Gurney flap.

An Exploratory Study on the Speed Limit of Compound Gyroplane(2) : Speed and Wing Sizing (복합 자이로플레인의 한계 속도에 대한 탐색연구(2) : 속도 및 날개 사이징)

  • Shin, Byung-Joon;Kim, HakYoon
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.43 no.11
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    • pp.978-983
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    • 2015
  • A study on the speed limit and sizing of auxiliary fixed-wing of compound gyroplane was performed. The performance of the plane that uses the same rotor system and power of BO-105 helicopter was compared with that of BO-105 helicopter. The wing area which is used to compensate in lift, was calculated considering the aerodynamic characteristics and lift sharing ratio of the rotor. Achievable flight speeds were observed for two types of fuselage; BO-105 and streamlined bodies. The study showed that the autorotating rotor can share 1/2 of lift at high speed and the parasite power of compound gyroplane having streamlined body and small wing can be minimized, accordingly it can fly faster than helicopter with airspeed more than twice.

A Study of Numerical Method for Analysis of the 3-Dimensional Nonlinear Wave-Making Problems (3차원 비선형 조파문제 해석을 위한 수치해법 연구)

  • Ha, Y.R.;An, N.H.
    • Journal of Power System Engineering
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    • v.16 no.5
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    • pp.40-46
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    • 2012
  • For free surface flow problem, a high-order spectral/boundary element method is adapted as an efficient numerical tool. This method is one of the most efficient numerical methods by which the nonlinear gravity waves can be simulated and hydrodynamic forces also can be calculated in time domain. In this method, the velocity potential is expressed as the sum of surface potential and body potential. Then, surface potential is solved by using the high-order spectral method and body potential is solved by using the high-order boundary element method. Using the combination of these two methods, the free surface flow problems of a submerged moving body are solved in time domain. In the present study, lifting surface theory is added to the former work to include effects of lift force. Therefore, a new formulation for the basic mathematical theory is introduced to contain the lift body in calculation.

Unsteady Flow Analysis around an Elliptic Cylinder at Various angles of Attack: Drag and Lift Forces (받음각이 있는 타원형 실린더 주위의 비정상 유동해석: 항력 및 양력 고찰)

  • Park, Young-Bin;Kim, Moon-Sang;Kim, Hark-Bong
    • Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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    • v.33 no.12
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    • pp.1-8
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    • 2005
  • A parametric study has been accomplished to figure out the effects of the elliptic cylinder thickness, angle of attack, and Reynolds number on the lift and drag forces exerted on the elliptic cylinder. A two-dimensional incompressible Navier-Stokes flow solver is developed using SIMPLER method to analyze the unsteady viscous flow over elliptic cylinder. Thickness-to-chord ratios of 0.2, 0.4, and 0.6 elliptic cylinders are simulated at different Reynolds numbers of 400 and 600, and angles of attack of $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, and $30^{\circ}$. Through this study, it is observed that the elliptic cylinder thickness, angle of attack, and Reynolds number affect significantly not only the time-mean values and the amplitudes of the drag and lift forces but also the frequencies of the force oscillations.

Effects of Rear Diffuser Size on the Driving Performance of a Passenger Car (자동차의 주행 성능에 미치는 리어 디퓨저 크기의 영향)

  • Lee, Gyo Woo
    • Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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    • v.20 no.2
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    • pp.655-661
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    • 2019
  • This study examined the change in driving performance according to the starting position of the rear diffuser of a vehicle. To accomplish this, the CATIA 3D design program was used to model the vehicle with reference to a commercial SUV vehicle and design the rear diffuser to start from 300, 400, and 500 mm from the rear tire. The flow and drag change were analyzed and the change in air flow was confirmed using Fluent, a flow analysis program at a vehicle traveling speed of 60, 100, and 140 km/h. The rear diffuser reduced the lift and drag forces compared to no diffuser regardless of the starting position. This is because if there is a rear diffuser, it will reduce the vortex phenomenon by suppressing the flow separation that occurs when air is drawn out from the rear portion of the vehicle. In this study, the starting point SP 400 was determined to be the optimal condition because the lift force was the smallest at SP 400 and the lift reduction effect was the best.