International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.28-36
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2007
A multi-objective design exploration for a three-element airfoil consisted of a slat, a main wing, and a flap was carried out. The lift curve improvement is important to design high-lift system, thus design has to be performed with considered multi-angle. The objective functions considered here are to maximize the lift coefficient at landing and near stall conditions simultaneously. Kriging surrogate model which was constructed based on several sample designs is introduced. The solution space was explored based on the maximization of Expected Improvement (EI) value corresponding to objective functions on the Krigingmodels. The improvement of the model and the exploration of the optimum can be advanced at the same time by maximizing EI value. In this study, a total of 90 sample points are evaluated using the Reynolds averaged Navier-Stokes simulation(RANS) for the construction of the Kriging model. In order to obtain the information of the design space, two data mining techniques are applied to design result. One is functional Analysis of Variance(ANOVA) which can show quantitative information and the other is Self-Organizing Map(SOM) which can show qualitative information.
Despite of the laminar-turbulent transition region co-exist with fully turbulence region around the leading edge of an airfoil, still lots of researchers apply to fully turbulence models to predict aerodynamic characteristics. It is well known that fully turbulent model such as standard k-${\varepsilon}$ model couldn't predict the complex stall and the separation behavior on an airfoil accurately, it usually leads to over prediction of the aerodynamic characteristics such as lift and drag forces. So, we apply correlation based transition model to predict aerodynamic performance of the NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase IV wind turbine. And also, compare the computed results from transition model with experimental measurement and fully turbulence results. Results are presented for a range of wind speed, for a NREL Phase IV wind turbine rotor. Low speed shaft torque, power, root bending moment, aerodynamic coefficients of 2D airfoil and several flow field figures results included in this study. As a result, the low speed shaft torque predicted by transitional turbulence model is very good agree with the experimental measurement in whole operating conditions but fully turbulent model(k-${\varepsilon}$) over predict the shaft torque after 7m/s. Root bending moment is also good agreement between the prediction and experiments for most of the operating conditions, especially with the transition model.
The supersonic airplane with flapped biplane, Busemann biplane equipped flap, is superior to drag and noise reduction due to wave cancelation effect between upper and lower airfoils. In this study, it is numerically calculated and analyzed the lift, drag and lift to drag ratio of flapped biplane with respect to various the length and angle of the flap. Euler solver of EDISON CFD, web based computational fluid dynamic solver for the purpose of education, is employed. Depending on the length of the flap, lift and drag increase linearly, and there exists the optimum flap angle which maximize the lift-to-drag ratio at the freestream mach 2.0 on-design condition. The predictable relational expression is driven as liner equation. As a results of comparison with drag of flapped biplane, Busemann biplane, and diamond airfoil with the same lift, the drag of flapped biplane is 88.76% lower than that of the Busemann biplane and 70.67% lower than that of the diamond airfoil. In addition, the change of pressure is compared to confirm the noise reduction effect of flapped biplane at h/c=5 of lower airfoil. The shock strength of flapped biplane is smaller than that of other airfoils.
Kim, Dong-Hyun;Chang, Tae-Jin;Kwon, Hyuk-Jun;Lee, In
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.140-146
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2002
The fluid induced vibration (FIV) phenomena of a 2-D.O.F airfoil system have been investigated in low Reynolds number incompressible flow region. Unsteady flows with viscosity are computed using two-dimensional incompressible Navier-stokes code. To validate developed Navier-Stokes code, steady and unsteady flow fields around airfoil are analyzed. The present fluid/structure interaction analysis is based on the most accurate computational approach with computational fluid dynamics (CSD) and computational structural dynamics (CSD) techniques. The highly nonlinear fluid/structure interaction phenomena due to severe flow separations have been analyzed fur the low Reynolds region (R$_{N}$ =500~5000) that has a dominancy of flow viscosity. The effect of R$_{N}$ on the fluid/structure coupled vibration instability of 2-DOF airfoil system is presented and the effect of initial angle of attack on the dynamic instability are also shown.own.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.7
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pp.13-18
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2004
This paper describes an efficient and robust optimization method for helicopter rotor airfoil design in forward flight. Navier-Stokes analysis was employed to compute the dynamic response of an airfoil, which simulates the unsteady rotor flow-field in forward flight. The optimization system consists of two categories; Response Surface Method to construct the response surface model based on D-optimal 3-level factorial design, and Genetic Algorithm to obtain the optimum solution of a defined objective function including penalty terms of constraints. The influence of design variables and their interactions on the aerodynamic performance was examined through the optimization process.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.4
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pp.1-8
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2004
As a computer has been continuously progressed to reduce R&D time and cost, the study of the flow physics has been significantly relied on the numerical method. Recently, Large Eddy Simulation(LES) has been widely used in CFD community to accurately capture the turbulent flows. The LES code requires high accuracy in time, as well as in space. Also, it should have strong robustness to ensure the convergence in various complicated flows. The objective of the present work is to develop a base code for LES simulation, having 2$^{nd}$ order accuracy in time and 4$^{th}$ order accuracy in space. To achieve the present objective, the four-step fractional step method was enhanced by adopting compact Pade'scheme. The standard Smagorinsky model was implemented for the first stage of the present code development. The flows over a cylinder and an airfoil were successfully simulated. and an airfoil were successfully simulated.
Zamani, Mahdi;Maghrebi, Mohammad Javad;Moshizi, Sajad A.
Wind and Structures
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v.22
no.5
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pp.595-616
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2016
Providing high starting torque and efficiency simultaneously is a significant challenge for vertical axis wind turbines (VAWTs). In this paper, a new approach is studied in order to modify VAWTs performance and cogging torque. In this approach, J-shaped profiles are exploited in the structure of blades by means of eliminating the pressure side of airfoil from the maximum thickness toward the trailing edge. This new profile is a new type of VAWT airfoil using the lift and drag forces, thereby yielding a better performance at low TSRs. To simulate the fluid flow of the VAWT along with J-shaped profiles originated from NACA0018 and NACA0030, a two-dimensional computational analysis is conducted. The Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) equations are closed using the two-equation Shear Stress Transport (SST) turbulence model. The main objective of the study is to investigate the effects of J-shaped straight blade thickness on the performance characteristics of VAWT. The results obtained indicate that opting for the higher thickness in J-shaped profiles for the blade sections leads the performance and cogging torque of VAWT to enhance dramatically.
The attitude control of an aircraft is usually fulfilled by means of thrusters at high altitudes. Therefore, the possibility of using also aerodynamic surfaces would produce the advantage of reducing the amount of fuel for the thrusters to be loaded on board. For this purpose, Zuppardi already considered some aerodynamic problems linked to the use of a wing flap in a previous paper. A NACA 0010 airfoil with a trailing edge flap of 35% of the chord, in the range of angle of attack 0-40 deg and flap deflections up to 30 deg was investigated. Computer tests were carried out in hypersonic, rarefied flow by a direct simulation Monte Carlo code at the altitudes of 65 and 85 km of Earth Atmosphere. The present work continues this subject, considering the same airfoil and free stream conditions but two flap extensions of 45% and 25% of the chord and two flap deflections of 15 and 30 deg. The main purpose is to compare the influence of the flap dimension with that of the flap deflection. The present analysis is carried out in terms of: 1) percentage variation of the global aerodynamic coefficients with respect to the no-flap configuration, 2) increment of pressure and heat flux on the airfoil lower surface due to the Shock Wave-Shock Wave Interaction (SWSWI) with respect to the same quantities with no SWSWI or in no-flap configuration, 3) flap hinge moment. Issues 2) and 3) are important for the design of the mechanical and thermal protection system and of the flap actuator, respectively. Under the above mentioned test and geometrical conditions, the flap deflection is aerodynamically more effective than the flap extension, because it involves higher variation of the aerodynamic coefficients. However, tests verify that a smaller deflection angle involves the advantage of a smaller increment of pressure and heat flux on the airfoil lower surface, due to SWSWI, as well as a smaller hinge moment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.1
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pp.106-115
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1988
A numerical procedure for determining the airfoil shape that maximizes the lift is presented. The structure of the flow field is calculated by iteratively coupling potential flow and boundary analysis using the viscous-inviscid interaction method. The potential flow field is obtained by the vortex panel method and boundary layer flow is analyzed by means of integral approximation method which is capable of handling the laminar, transition and turbulent flow regimes. As the result of this study, it is found that the calculated flow regimes have good agreement with the existing experimented data. Davidon-Fletcher-Powell method and Augmented Lagrange Multiplier method are used for the optimal techniques. NACA 23012, NACA 65-3-21, NACA 64-2-415, NACA 64-2-A215 airfoils are used for determining the optimal airfoil shapes as a basic and compensate airfoils. Optimal design showed that the lift coefficients are increased by 17.4% at M$_{0}$=0.2 and 29% at M$_{0}$=0.3, compared with those of basic airfoil.oil.
The one way fluid structure interaction analysis on advanced propeller blade for next generation turboprop aircraft. HS1 airfoil series are selected as a advanced propeller blade airfoil. Adkins method is used for aerodynamic design and performance analysis with respect to the design point. Adkins method is based on the vortex-blade element theory which design the propeller to satisfy the condition for minimum energy loss. propeller geometry is generated by varying chord length and pitch angle at design point. Blade sweep is designed based on the design mach number and target propulsion efficiency. The aerodynamic characteristics of the designed Advanced propeller were verified by CFD(Computational Fluid Dynamic) and showed the enhanced performance than the conventional propeller. The skin-foam sandwich structural type is adopted for blade. The high stiffness, strength carbon/epoxy composite material is used for the skin and PMI(Polymethacrylimide) is used for the foam. Aerodynamic load is calculated by computational fluid dynamics. Linear static stress analysis is performed by finite element analysis code MSC.NASTRAN in order to investigate the structural safety. The result of structural analysis showed that the design has sufficient structural safety. It was concluded that structural safety assessment should incorporate the off-design points.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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