• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제6권1호
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• pp.89-96
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• 2005

Ducted fans have advantages in noise as well as operational safety aspects compared to conventional tail rotors and are used as an anti-torque system for various classes of helicopters. The final goal of this study is to develop a ducted fan anti-torque system which can replace conventional tail rotors of existing helicopters to achieve safety enhancement and low noise level. In this paper, a conceptual design process and the results are described. Initially, the design requirement and the design parameter characteristics are analysed, and then initial sizing and configuration design are performed. There are several configuration changes due to specific technical reasons in each case. Finally, the required power and the pitch link load are predicted as an initial estimation. The conceptual design technique for the ducted fan in this study can be easily applied to the design of other ducted fans such as the lift fan for unmanned aerial vehicle.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2010년 춘계학술대회논문집
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• pp.14-16
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• 2010

A Duct surrounding a fan is known to reduce the tip loss and increase the fan performance efficiency. It also reduces the fan noise drastically. Ducted fan, therefore, has been focused to be a promising candidate for high efficient propulsion system. In this study, a small plane having ducted fan which can be tilted for vertical take-off and landing, is analyzed by CFD and its aerodynamic characteristics are compared. Ductef fan aircraft has small range of angle of attack for mininum drag and duct design should be focused for efficient ducted fan aircraft.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.395-398
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• 2009

Currently, a new generation of ducted fan UAVs (Unmanned Aerial Vehicles) is under development for a wide range of inspection, investigation and combat missions as well as for a variety of civil roles like traffic monitoring, meteorological studies, hazard mitigation etc. The current study presents extensive results obtained experimentally in order to investigate the tip clearance effects on performance characteristics of a ducted fan for small UAV systems. Three ducted fans having different tip clearance gap and with same rotor size were examined under three different yawed conditions of calibrated slanted hot-wire probe. Three dimensional velocity flow fields were measured from hub to tip at outlet of the ducted fan. The analysis of data were done by PLEAT (Phase locked Ensemble Averaging Technique) and three non-linear differential equations were solved simultaneously by using Newton -Rhapson numerical method. Flow field characteristics such as tip vortex and secondary flow were confirmed through axial, radial and tangential velocity contour plots. At the same time, the effects of tip clearance on axial thrust and input power were also investigated by using wind tunnel measurement system. For enhancing the performance of ducted fan, tip clearance level should be as small as possible.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.574-581
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• 2012

로터를 이용한 무인비행체는 노출된 블레이드로 운용 시 위험이 따른다. 반면 덕티드팬은 블레이드 주위를 덕트로 감싸 위험요소를 줄여주고, 동일 동력 하중을 사용한 로터보다 향상된 추력성능을 보인다. 본 논문에서는 덕티드 팬의 장점을 적용하고자 세 개의 덕티드 팬으로 구성된 삼중 덕티드 팬 비행체 형상을 제안한다. 크기가 동일한 두 개의 덕티드 팬과, 크기가 다른 한 개의 덕티드 팬으로 구성되며 3개의 덕티드 팬 중 하나는 추력 방향 조절을 통해 신속한 자세 제어가 가능하다. 삼중 덕티드 팬 비행체의 운동방정식을 유도 하였고, 리아푸노프 함수를 적용하여 시스템을 안정하게 하는 제어 입력을 도출하였다. 그리고 비행체 초기모델의 파라미터를 적용하여 비선형 모델 시뮬레이션을 통해 안정한 자세각이 출력됨을 확인하고 결과를 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권5호
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• pp.413-422
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• 2012

덕티드팬을 추진 장치로 사용하는 소형 무인항공기는 도심 및 협소한 공간에서 정찰 및 감시에 사용 가능하며, 프로펠러에 비해 높은 추진 효율과 추력 특성을 나타낸다. 덕티드팬 무인항공기의 운용 거리와 비행 시간을 증가시키기 위해서는 정지 비행 및 전진 비행시의 추력 특성연구가 중요하며 비행 안정성 확보를 위해서는 비정상 3차원 유동 특성 연구가 필수적이다. 본 연구에서는 동익과 정익으로 구성된 덕티드팬의 설계 결과 검증과 안정적인 비행 특성을 확인하기 위해 덕티드팬의 추력 특성과 비정상 3차원 유동장을 계측하였다. 덕티드팬의 정지 및 전진 비행시의 추력 특성은 소형 아음속 풍동의 6분력 밸런스 시스템을 이용하여 측정되었고, 비정상 3차원 유동장은 $45^{\circ}$ 경사열선의 프로브 고정법에 의해 분석되었다. 덕티드팬의 덕트와 정익이 추력특성에 다소 큰 영향을 미치며, 정익에 의해 덕티드팬의 안정적인 비행이 가능함을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권6호
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• pp.84-91
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• 2017

덕트 팬의 정지 비행시 동특성에 관한 연구를 수행하였다. 팬에 적용되는 블레이드에 대해서 단면 모델링을 수행하였으며, 로터 시스템의 구성요소들을 고려하여 해석 모델을 구축하였다. 로터의 회전수 및 피치각 조건에 따른 동특성 해석을 수행하였으며, 해석 결과 제안된 덕트 팬 시스템은 설계 운용범위 내에서 진동 증가와 같은 공탄성학적 불안정성이 적음을 확인하였다. 해석 절차의 검증을 위해 실제덕트 팬 회전 시험장치를 구성하였다. 기능 시험을 수행하여 덕트 팬 시험장치의 구성품간 거동 및 간섭 여부를 확인하였다. 동특성 시험을 위해 유압가진기를 사용하여 콜렉티브 가진을 하였으며, 비회전/회전시 블레이드의 고유진동수를 측정하였다. 시험 결과와 해석 결과의 비교를 통해 시험 장치와 해석 모델간의 상관관계가 잘 정립되어 있음을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권5호
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• pp.399-405
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• 2021

본 연구에서는 본 연구진에서 설계한 덕티드 팬의 제자리 비행 성능을 확인하기 위해 40% 축소모델을 이용하여 지상 회전 시험 및 전산 유체 해석을 수행하였다. 본 축소 시험 모델의 블레이드 개수는 6개이며, 팬의 회전속도는 4,000RPM이다. 팬 블레이드의 콜렉티브 피치 각도는 20도에서 36도까지에서 시험을 진행하였다. 지상 시험은 정지 상태에서 1,000RPM씩 증가시키며 4,000RPM까지 성능 데이터를 계측하였다. 전산 유체 해석은 지상 시험과 동일한 조건에서 4,000RPM 시험 조건에 대해 수행하였다. 제자리 비행 성능은 추력, 파워, 덕트 추력 비, FM(Figure of Merit)으로 확인하였다. 시험과 해석 결과 간 비교를 통해 성능 결과의 신뢰성을 확보하였으며, 목표 성능은 콜렉티브 피치각 31도 이상의 조건에서 달성됨을 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제18권1호
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• pp.144-153
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• 2017

In recent years, unmanned aerial vehicles (UAVs) have been developed and studied for various applications, including drone deliveries, broadcasting, scouting, crop dusting, and firefighting. To enable the wide use of UAVs, their exact aeroacoustic characteristics must be assessed. In this study, a noise prediction method for a ducted fan UAV with complicated geometry was developed. In general, calculation efficiency is increased by simulating a ducted fan UAV without the struts that fix the fuselage to the ducts. However, numerical predictions of noise and aerodynamics differ according to whether struts are present. In terms of aerodynamic performance, the total thrust with and without struts is similar owing to the tendency of the thrust of a blade to offset the drag of the struts. However, in aeroacoustic simulations, the strut effect should be considered in order to predict the UAV's noise because noise from the blades can be changed by the strut effect. Modelling of the strut effect revealed that the dominant tonal noises were closely correlated with the blade passage frequency of the experimental results. Based on the successful detection of noise sources from a ducted fan UAV system, using the proposed noise contribution contour, methods for noise reduction can be suggested by comparing numerical results with measured noise profiles.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2008년도 제30회 춘계학술대회논문집
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• pp.251-256
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• 2008

본 연구에서는 소형 무인기의 추진체로 사용되는 덕티드 팬의 공력특성 연구를 위해 덕티드 팬 입/출구의 3차원 유동장 측정과 추력 특성 분석을 수행하였다. 3차원 유동장 측정은 정온형 열선유속계를 통하여 수행되었으며, 추력은 육분력 밸런스를 이용하여 측정하였다. 측풍의 영향을 고려하기 위해 덕티드 팬을 풍동시험기내 유동방향에 대하여 $90^{\circ}$ 회전시켜 설치하였다. 풍동시험을 통하여 4.5 m/s의 측풍으로 인한 덕티드 팬 유동장 및 추력의 변화를 분석하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2009년도 제33회 추계학술대회논문집
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• pp.387-391
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• 2009

소형 무인항공기 추진용 덕티드 팬의 실험적 연구가 수행되었다. 이 논문에서는 덕티드 팬의 입구, 로터 뒤, 스테이터 뒤에서 허브에서 팁 방향으로 $45^{\circ}$ 경사 열선으로 측정하여 비정상 3차원 유동 특성을 연구하였다. 경사열선 요각을 고정시켜 데이터를 획득하였다. 이 데이터는 위상평균기법을 이용하여 평균되었다. 이 데이터는 Newton-Rhapson 수치해법을 통하여 3개의 비선형 연립방정식을 풀었다. 축 방향, 반경 방향 그리고 원주 방향 속도의 윤곽을 통해 팁 후류, 이차유동 그리고 팁 누설유동과 같은 유동 특성을 확인 하였다.