• 한국전산유체공학회지
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• 제8권2호
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• pp.24-32
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• 2003

In this work, we propose a new idea of flapping airfoil design for optimal aerodynamic performance from detailed computational investigations of flow physics. Generally, flapping motion which is combined with pitching and plunging motion of airfoil, leads to complex flow features such as leading edge separation and vortex street. As it is well known, the mechanism of thrust generation of flapping airfoil is based on inverse Karman-vortex street. This vortex street induces jet-like flow field at the rear region of trailing edge and then generates thrust. The leading edge separation vortex can also play an important role with its aerodynamic performances. The flapping airfoil introduces an alternative propulsive way instead of the current inefficient propulsive system such as a propeller in the low Reynolds number flow. Thrust coefficient and propulsive efficiency are the two major parameters in the design of flapping airfoil as propulsive system. Through numerous computations, we found the specific physical flow phenomenon which governed the aerodynamic characteristics in flapping airfoil. Based on this physical insight, we could come up with a new kind of airfoil of tadpole-shaped and more enhanced aerodynamic performance.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2002년도 학술대회지
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• pp.787-790
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• 2002

In this work, numerical experiments ave conducted to find out the optimal shape of flapping-airfoil using thickness variation airfoils. In the previous study of flapping-airfoil, we had found that the thrust efficiency of thicker airfoil is better than thinner one, but the latter has higher thrust coefficient. Therefore, we have combined thin(NACA0009) and thick(NACA0015)airfoil to overcome these demerits of each airfoil. Using this combined airfoil, we can achieve acceptable aerodynamic performances from thrust efficiency and coefficient points of view. In order to computational study, we have used parallel-implemented incompressible Wavier-Stokes solver. Computational results show how to design leading and trailing edge shapes.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권3호
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• pp.6-13
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• 2006

본 연구에서는 저 레이놀즈수 유동에서 flapping운동을 하는 익형이 가질 수 있는 2차원 평면상의 운동궤적에 따른 공력특성을 연구하였다. 익형이 유동흐름방향으로 왕복 운동하는 lead-lag운동과 plunging운동의 조합으로 2차원 평면상에 나타날 수 있는 여러 운동궤적을 합성하여 flapping 주파수 변화에 따른 공력계수들의 변화를 살펴보았다. 상하방향의 순수 plunging운동에 lead-lag운동을 추가함으로써, 평균추력계수와 평균양력계수를 증가시킬 수 있는 운동궤적이 존재함을 확인하였다. 아울러 운동주기 동안 나타나는 추력계수와 양력계수의 변화를 비교하여 upstroke와 downstroke시 나타나는 공력특성을 파악하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권4호
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• pp.44-52
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• 2002

비정상, 비압축성 Navier-Stokes 코드를 이용하여, 저 레이놀즈수 유동에서 flapping 운동을 하는 익형의 공력특성을 수치해석적인 방법으로 연구하였다. 비정상 유동장의 효율적인 계산을 위하여, 개발된 코드는 MPI 프로그래밍 기법을 이용하여 병렬처리 되었으며, 난류 유동장의 계산을 위해 2방정식 난류모델의 하나인 k-$\omega$ SST 모델을 적용하였다. 익형의 3가지 운동모드 즉, pitching, plunging, flapping과 주파수 및 진폭의 변화 그리고 두께와 캠버의 변화에 의한 공력특성을 살펴보았고, 이를 위해 NACA4자 계열의 익형을 이용하였다. 해석 결과는 실험치와 비교하여 보았을 때 잘 일치하였으며, 각 운동모드에서의 공기역학적 특성을 파악할 수 있었다.

• 한국항공운항학회지
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• 제21권1호
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• pp.45-50
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• 2013

In this study, lumped-vortex element method and thin airfoil theory were used to analyze aerodynamic characteristics of airfoils with relative motion that had camber lines of NACA $44{\times}{\times}$ airfoil in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. Velocity disturbance due to airfoil was calculated by lumped-vortex element model and force distribution on airfoil by unsteady Bernoulli's equation. Variables in relative motion were considered the period p, the amplitude of flapping $A_f$ and pitching $A_p$, and the phase difference between flapping and pitching ${\phi}_p$ and the angle of attack ${\alpha}$. Due to movement of an airfoil, dag was induced in 2-dimensional unsteady incompressible potential flow. The numerical results show that the aerodynamic characteristics of the airfoil with flapping and pitching at the same time are illustrated. Especially the mean lift coefficient became smaller, but drag coefficient became larger.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2006년도 PARALLEL CFD 2006
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• pp.263-267
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• 2006

The path of a flapping airfoil during upstroke and down-stroke is optimized for maximum thrust and propulsive efficiency. The periodic flapping motion in combined pitch and plunge is described using Non-Uniform B-Splines(NURBS). A gradient based algorithm is employed for optimization of the NURBS parameters. Unsteady, low speed laminar flows are computed using a Navier-Stokes solver in a parallel computing environment based on domain decomposition. It is shown that the thrust generation is significantly improved in comparison to the sinusoidal flapping motion. For a high thrust generation, the airfoil stays at a high effective angle of attack for short durations.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권1호
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• pp.32-41
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• 2006

본 논문에서는 직렬 배치된 익형이 동시에 플래핑 운동을 할 때의 추력 생성 과정과 유동특성에 대한 연구를 수행하였다. 이를 위해 익형의 운동 주파수, 진폭 및 전후방 익형 간의 상대거리 등에 대한 계산을 체계적으로 실시하여 다음과 같은 사실을 확인할 수 있었다. 먼저, 위상차 없이 전후방 익형이 동시에 병진운동을 할 경우 대부분의 주파수와 진폭 영역에서 후방익형의 추력과 추진효율이 최대화됨을 알 수 있었다. 플래핑 진폭이 0.2 코드, 무차원주파수가 0.75일 경우, 후방익형의 추진효율이 전방익형보다 37% 이상 개선되는 것으로 계산되었다. 단, 익형의 운동 진폭과 주파수가 임계치를 초과할 경우 전방익형의 뒷전와류에 의해 후방익형의 앞전와류의 강도가 강화되면서 전체적인 추력과 효율이 저하될 수 있다. 둘째, 전후방익형이 180도의 위상차를 갖고 운동을 할 경우에는 전방익형의 후류와 후방익형이 서로 반대방향으로 상호작용을 함으로써 결과적으로 공력특성이 악화되는 것을 알 수 있었다. 셋째, 후방익형의 배치 위치에 따른 특성은 수평방향으로는 두 익형사이의 거리가 멀어질수록 추력과 효율이 동시에 떨어지며, 수직방향 위치변화에 따른 차이는 크지 않은 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권12호
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• pp.1146-1151
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• 2008

본 연구에서는 플래핑 운동하는 에어포일에 대한 비틀림 유연성의 영향을 조사하였다. 비틀림 유연성이 있는 에어포일의 공기력은 2차원 비정상 와류 패널 방법을 이용하여 계산하였다. 플래핑 에어포일의 공탄성 해석을 위해 2차원의 typical section 모델이 사용되었다. 주요한 파라미터로서 비틀림 유연성과 가진주파수가 고려되었다. 인 무거운 에어포일 조건에서는 주파수비가 0.75 부근에서 추력 최대점이 발견되었다. 이 추력치를 경계로 두 가지 다른 운동이 관찰되었으며, 하나는 관성 지배 운동(inertia driven deformation motion)이고, 다른 하나는 진동 지배 운동(oscillation driven deformation motion)이다. 또한, 최대 추력 상태에서는 비틀림 유연성과 가진주파수에 관계없이 위상각이 85도를 유지하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권3호
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• pp.1-5
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• 2006

자연에 존재하는 새나 곤충들은 양력 및 추력을 발생하기 위하여 평균캠버선의 형상을 변화시킨다. 기존의 비정상 박익 이론들은 주로 강체 플랩핑 에어포일에 관하여 유도되어 왔다. 생체형상가변익의 비정상 공력특성을 파악하기 위하여 변형 가능한 에어포일에 대한 확장된 비정상 박익이론이 필요하다. 생체형상가변익의 비정상 공력특성을 계산하기 위해 Theodorsen의 접근방법을 확장하였다. 에어포일의 평균 캠버선은 다항식으로 나타내었다. 형상 가변익에 작용하는 비정상 공력특성을 순환항 및 비순환항으로 나누어 나타내었다. 본 이론은 플래핑운동을 하는 생체형상가변 에어포일의 비정상 공력해석 및 모핑날개의 공탄성 해석에 적용가능하다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제7권2호
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• pp.86-103
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• 2006

Using a combination of force transducer measurement to quantify net lift force, high frame rate camera to quantify and subtract inertial contributions, and Digital Particle Image Velocimetry (DPIV) to calculate aerodynamic contributions in the spanwise plane, the contribution of spanwise flow to the generation of lift force in wings undergoing a pure flapping motion in hover is shown as a function of flapping angle throughout the flapping cycle. These experiments were repeated at various flapping frequencies and for various wing planform sizes for flat plate and span wise cambered wings. Despite the previous identification of the importance of span wise fluid structures in the generation of lift force in flapping wings throughout the existing body of literature, the direct contribution of spanwise flow to lift force generated has not previously been quantified. Therefore, in the same manner as commonly applied to investigate the chordwise lift distribution across an airfoil in flapping wings, spanwise flow due to bulk flow and rotational fluid dynamic mechanisms will be investigated to validate the existence of a direct component of the lift force originating from the flapping motion in the spanwise plane instead.