Kim, Hyun-gi;Kim, Sung Joon;Kim, Sung Chan;Shin, Jeong-Woo;Lee, Seunggyu;Park, Sang-Wook;Kim, Tae-Uk
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.24
no.4
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pp.35-43
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2016
UAV has been promoted for practical use in the field of civilian and military. Recently, UAV is required high-specification performance such as long-term flight and precision observation. Among these UAVs, High Altitude Long Endurance UAV(HALE UAV) has been developed for the purpose to replace some of the functions of the satellite such as meteorological observation, communications and internet relay while flying a long period in the stratosphere. In order to fly a long period in harsh environment of the stratosphere, aircraft needs high Lift-Drag-Ratio and weight reduction of the structure. This paper performed the structural analysis for fuselage and empennage of HALE UAV. Critical loading conditions for structural analysis are acquired from flight load analysis and finally the results of structural sizing for weight reduction is presented.
Korea Aerospace Research Institute has been developing a 50-meter class airship to demonstrate the technology to be used in the development of a stratospheric airship, and importance of accurate prediction of the dynamic behavior of an airship before flight test is widely conceived. The added mass has large impact on the dynamic characteristics of an airship unlike for an airplane and the added mass of the airship with empennage is predicted in this paper. At first, the usability of the strip theory is examined which integrates the analytic two dimensional results in the cross section along the longitudinal axis. A panel method with the surface distribution of sources is developed and its validity is also examined. Finally, the panel method with both source and doublet distributions is implemented, and it is validated and applied for the calculation of the added mass of a 50-meter class airship. Using the methods developed, the influence of empennage and control surface deflection on the added mass property of the airship is studied.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.9
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pp.708-713
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2013
KARI is developing a solar-electric powered HALE UAV(EAV-3). For demonstrating the technology, EAV-2H, a down-scaled version of EAV-3, is developed and after EAV-2H's initial flight test, the directional stability and control need to be improved. Thus, the vertical tail and rudder of EAV-2H are redesigned with Advanced Aircraft Analysis(AAA). Size of the rudder is increased from mean chord ratio of rudder to vertical tail, $C_r/C_v(%)=30$ to $C_r/C_v(%)=60$ and size of the vertical tail is reduced 15%. As a result, the directional control to side wind($v_1$) is improved to sideslip angle, ${\beta}(deg)=25^{\circ}$ and $v_1(m/sec)=3.54$. Also, variation of airplane side force coefficient with sideslip angle ($C_{y_{\beta}}$) and variation of airplane side force coefficient with dimensionless rate of change of yaw rate ($C_{y_r}$) are reduced 15% and 22%, respectively to minimize the effect of side wind. The empennage design of EAV-2H is verified with flight tests and applied to design of KARI's solar-electric-powered EAV-3.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.1
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pp.1-6
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2011
The free-wing tilt-body aircraft is researched in the flight performance characteristics such as short take-off and landing capability, and reduced sensitivity to gust and center of gravity (CG) change. Due to the main wing separating from the fuselage, the high tiltable empennage, and the stub-wing strongly influencing from the propeller wake, the resulting vehicle aerodynamics and flight dynamics are quite different from those of a conventional fixed-wing aircraft. Using the governing flight dynamics model was studied previously, all of speed and body tilt angle is simulated to determine the flight envelope by a non-linear 3-DOF flight simulation analysis. Though flight performance and trimmability are studied, the flight model of free-wing tilt-body aircraft is to reduce the hidden risk and to achieve the successful flight test. It is analyzed the flight characteristics that distinguishes free-wing tilt-body aircraft from the conventional aircraft.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.4
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pp.1-5
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2011
The free-wing tilt-body aircraft is researched in the flight performance characteristics for center of gravity (CG) change. All of speed, body tilt angle and center of gravity change are simulated to determine the flight envelope by a non-linear 3-DOF mathematical model. In flight, this aircraft configuration changes by the tiltable empennage. Then, flight dynamics distinguishes from those of a conventional fixed-wing aircraft. Though flight performance and trimmability are studied by CG change, the flight model of free-wing tilt-body aircraft is to reduce the hidden risk and to achieve the successful flight test. It is analyzed the flight characteristics by CG change that distinguishes free-wing tilt-body aircraft from the conventional aircraft.
Hwang, In Seong;Chung, Jindeog;Kang, Wanggu;Lee, Hae-Chang
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.2
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pp.138-145
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2014
The initial configuration for 95-seat passenger regional turboprop aircraft, the so called KC950, was designed to meet the market requirements. This paper prescribes the initial design based upon aircraft design guidelines and compared the competitive aircraft configurations after considering the related FAR 25 regulations. More specifically, results of design describe how to select the fuselage cross-sectional area, how to layout the cabin, and how to determine the overall shape and physical dimension of the fuselage. Sizing of wing and empennage areas is estimated using empirical equations and tail volume coefficients in this design. Some design guidelines to determine wing sweep angle, taper ratio, incidence angle and location are also introduced.
Numerical analysis of the flowfield around a 50-meter class airship is performed to determine the optimal position for the airspeed probe installation. The turbulent flow around the hull with gondola is analyzed to examine the characteristics of the data measured by the probe attached to the gondola, and they turned out to show the nonlinear relation between the freestream and measured angles of attack and be influenced by the Reynolds number. New position of the hull nose was proposed and the effect of various factors on the flowfield around the nose was also examined. The analysis with a panel method showed that the effect of empennage was negligible, and the effect of gondola and boundary layer thickness had also little impact. It was shown that the freestream angle of attack would be the only independent variable for the probe position around the hull nose in constructing the calibration matrix.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.132-138
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2016
Korea Aerospace Research Institute (KARI) is developing an electric-driven HALE UAV in order to secure system and operational technologies since 2010. Based on the flight tests and design experiences of the previously developed electric-driven UAVs, KARI has designed EAV-3, a solar-powered HALE UAV. EAV-3 weighs 53kg, the structure weight is 22kg, and features a flexible wing of 19.5m in span with the aspect ratio of 17.4. Designing the main wing and empennage of the EAV-3 the amount of the bending due to the flexible wing, 404mm at 1-G flight condition based on T-800 composite material, and side wind effects due to low cruise speed, $V_{cr}=6m/sec$, are carefully considered. Also, unlike the general aircraft there is no center of gravity shift during the flight because of the EAV-3 is the solar-electric driven UAV. Thus, static margin cuts down to 28.4% and center of gravity moves back to 31% of the Mean Aerodynamic Chord (MAC) comparing with the previously designed the EAV-2 and EAV-2H/2H+ to upgrade the flight performance of the EAV-3.
Kim, Chang-Joo;Kim, Sang Ho;Park, TaeSan;Park, Soo Hyung;Lee, Jae Woo;Ko, Joon Soo
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.4
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pp.345-355
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2014
This paper focuses on aerodynamic and inertial modeling of the propeller for its applications in flight dynamics analyses of a propeller-driven airplane. Unsteady aerodynamic and inertial loads generated by the propeller are formulated using the blade element method, where the local velocity and acceleration vectors for each blade element are obtained from exact kinematic relations for general maneuvering conditions. Vortex theory is applied to obtain the flow velocities induced by the propeller wake, which are used in the computation of the aerodynamic forces and moments generated by the propeller and other aerodynamic surfaces. The vortex lattice method is adopted to obtain the induced velocity over the wing and empennage components and the related influence coefficients are computed, taking into account the propeller induced velocities by tracing the wake trajectory trailing from each of the propeller blades. Aerodynamic forces and moments of the fuselage and other aerodynamic surfaces are computed by using the wind tunnel database and applying strip theory to incorporate viscous flow effects. The propeller models proposed in this paper are applied to predict isolated propeller performances under steady flight conditions. Trimmed level forward and turn flights are analyzed to investigate the effects of the propeller on the flight characteristics of a propeller-driven light-sports airplane. Flight test results for a series of maneuvering flights using a scaled model are employed to run the flight dynamic analysis program for the proposed propeller models. The simulations are compared with the flight test results to validate the usefulness of the approach. The resultant good correlations between the two data sets shows the propeller models proposed in this paper can predict flight characteristics with good accuracy.
Korea Aerospace Research Institute (KARI) is developing an electric-driven HALE UAV in order to secure system and operational technologies since 2010. Based on the 5 years of flight tests and design experiences of the previously developed electric-driven UAVs, KARI has designed EAV-3, a solar-powered HALE UAV. EAV-3 weighs 53 kg, the structure weight is 21 kg, and features a flexible wing of 19.5 m in span with the aspect ratio of 17.4. Designing the main wing and empennage of the EAV-3 the amount of the bending due to the flexible wing, 404 mm at 1-G flight condition based on T-800 composite material, and side wind effects due to low cruise speed, V_cr = 6 m/sec, are carefully considered. Also, unlike the general aircraft there is no center of gravity shift during the flight. Thus, the static margin cuts down to 28.4% and center of gravity moves back to 31% of the Mean Aerodynamic Chord (MAC) comparing to the previously developed scale-down HALE UAVs, EAV-2 and EAV-2H, to minimize a trim drag and enhance a performance of the EAV-3. The first flight of the EAV-3 has successfully conducted on the July 29, 2015 and the test flight above the altitude 14 km has efficiently achieved on the August 5, 2015 at the Goheung aviation center.
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