• Wind and Structures
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• 제34권4호
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• pp.355-369
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• 2022

Section model test, as the most commonly used method to evaluate the aerostatic and aeroelastic performances of long-span bridges, may be carried out under different conditions of incoming wind speed, geometric scale and wind tunnel facilities, which may lead to potential Reynolds number (Re) effect, model scaling effect and wind tunnel scale effect, respectively. The Re effect and scale effect on aerostatic force coefficients and aeroelastic characteristics of streamlined bridge decks were investigated via 1:100 and 1:60 scale section model tests. The influence of auxiliary facilities was further investigated by comparative tests between a bare deck section and the deck section with auxiliary facilities. The force measurement results over a Re region from about 1×10⁵ to 4×10⁵ indicate that the drag coefficients of both deck sections show obvious Re effect, while the pitching moment coefficients have weak Re dependence. The lift coefficients of the smaller scale models have more significant Re effect. Comparative tests of different scale models under the same Re number indicate that the static force coefficients have obvious scale effect, which is even more prominent than the Re effect. Additionally, the scale effect induced by lower model length to wind tunnel height ratio may produce static force coefficients with smaller absolute values, which may be less conservative for structural design. The results with respect to flutter stability indicate that the aerodynamic-damping-related flutter derivatives 𝘈^*₂ and 𝐴^*₁𝐻^*₃ have opposite scale effect, which makes the overall scale effect on critical flutter wind speed greatly weakened. The most significant scale effect on critical flutter wind speed occurs at +3° wind angle of attack, which makes the small-scale section models give conservative predictions.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제14권4호
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• pp.273-279
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• 2011

최근 관심이 높아지고 있는 해상풍력 터빈의 성능평가를 위해 풍력터빈 날개에 대한 점성유동장 해석을 수행하였다. Fluent package를 사용하여 회전하는 비관성 좌표계에서 Reynolds-averaged Navier-Stokes 방정식의 해를 구하였다. 난 류 모형은 realizable k-$\varepsilon$ 모델을 사용하였으며, 격자계는 구조 격자계와 비구조 격자계를 혼합하여 사용하였다. 먼저 실험값이 공개되어 있는 2차원 날개에 대한 유동해석을 통해 수치계산 결과를 검증하였다. 다음으로 NACA 4-series 단면을 가지는 세 개의 날개가 2 MW의 정격출력을 내도록 설계된 풍력터빈 날개를 대상으로 회전수와 피치각을 고정시킨 상태에서 입사류의 속도를 변화하여 주속비 별로 성능해석을 수행하였다. 그리고 풍력터빈의 성능향상을 위해 날개의 끝에 세 가지 형태의 날개 끝판을 붙여 성능 변화를 추정하였다. 그 중에서 날개의 흡입면에 날개 끝판을 붙인 경우가 가장 우수한 성능을 보였다. 또한 풍력터빈 날개가 경사각과 레이크를 가진 경우에 대하여 출력계수를 각각 비교하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.84-93
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• 1994

본 연구에서는 NACA0012단면을 갖는 타원형날개끝 캐비테이션과 유기소음특성에 미치는 표면거칠기의 영향이 실험적으로 조사되었다. 사용한 표면거칠기는 조도 $200{\mu}m$의 입자로서, 날개끝 3cm 구간에 부착하였다. 또한 날개끝과 앞날에 각각 3cm의 거칠기를 준 경우도 별도로 조사되었다. 캐비테이션 발생시험 결과 캐비테이션 초기발생위치는 실험한 받음각 범위에서 날개끝으로부터 대략 1/2 코오드정도 후류이며, 캐비테이션 수가 감소함에 따라 변화하는 형상을 보였다. 날개끝 캐비테이션에 의한 소음은 주파수 3-50kHs사이의 비교적 고주파수에서 음압이 증가하는 양상을 보였으나, 더 낮은 캐비테이션수에서 날개 앞날 캐비테이션으로 확장되면 전 주파수 범위에 걸쳐서 소음이 증가하었다. 캐비테이션과 소음발생은 표면거칠기가 증가할때 개선되는 경향을 보였으나 그 차이는 크지않았다. 날개 앞날과 끝날에 거칠기를 준 경우가 낮은 캐비테이션수에서 다소 유리한 캐비테이션 특성을 보여준 반면 양력-항력비의 감소에 따른 문제점도 지적되었다.

• 수산해양기술연구
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• 제40권3호
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• pp.206-213
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• 2004

종횡비, 다각형 모양에 따른 평판과 범포의 유체역학적 특성을 규명하고자 직사각형, 사다리꼴 모양으로 모형 평판과 범포를 제작하고 회류수조에서 양 ${\cdot}$ 항력 실험을 수행하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 삼각형 평판의 경우, 종횡비가 1 이하인 모형에서는 38${\sim}$42$^{\circ}$에서 최대 $C_L$이 1.23${\sim}$1.32, 1.5 이상인 모형에서는 20${\sim}$50$^{\circ}$에서 $C_L$이 약 0.85 전후였다. 역삼각형 평판의 경우, 종횡비가 1 이하인 모형에서는 영가가 36${\sim}$38$^{\circ}$에서 최대 $C_L$이 1.46${\sim}$1.56, 1.5 이상인 모형에서는 22${\sim}$26$^{\circ}$에서 1.05${\sim}$1.21 정도였다. 같은 삼각형 평판 모형에서는 전자의 모형이 후자보다 $C_L$이 작게, 양항비도 작게 나타났다. 2. 삼각형 범포의 경우, 종횡비가 1 이하인 모형에서는 영각 46${\sim}$48$^{\circ}$에서 최대 $C_L$이 1.67${\sim}$1.77, 1.5 이상인 모형에서는 20${\sim}$50$^{\circ}$에서 $C_L$이 약 1.1 전후였다. 역삼각형 범포의 경우, 종횡비가 1 이하인 모형에서는 영각 28${\sim}$32$^{\circ}$에서 최대 $C_L$이 1.44${\sim}$1.68, 1.5 이상인 모형에서는 18${\sim}$24$^{\circ}$에서 10.3${\sim}$1.18 정도였다. 같은 삼각형 범포 모형에서는 전자의 모형이 후자보다 $C_L$은 크게, 양항비는 작게 나타났다. 3. 모형에서 물의 유체력을 많이 받을 수 있는 곳에서 만곡꼭지점이 만들어지며, 삼각형 모형에서는 종횡비가 클수록, 역삼각형 모형에서는 작을수록 만곡꼭지점의 위치도 컸다. 4. 만곡도는 전 모형에서 종횡비가 클수록 컸으며, 삼각형 모형에서는 영각이 클수록 컸고 역삼각형 모형에서는 작을수록 컸다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.825-834
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• 2008

고 받음각에서의 방향 안정성 향상을 위한 chine 형상 최적화를 수행하였다. Super ellipse equation을 통하여 다양한 형태의 chine 형상을 생성하고, 3차원 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 방향안정성 및 고받음각에서의 공력 특성을 분석하였으며, 가장 높은 방향 안정성을 갖는 형상을 기본형상으로 선정하였다. 파리미터를 이용한 기본형상의 곡면 변형을 통하여 높은 방향 안정성 및 양항비를 동시에 만족하는 최적형상 도출을 위하여, 반응면을 구성하고 가중치를 도입하고 양항비를 구속조건으로 하는 방향안정성 최적화 문제를 수행하였다. 본 연구를 통하여 고받음각에서 chine형상의 공력특성을 파악하여 강한 와류를 발생시키는 chine 형상이 방향안정성에 도움이 된다는 것을 확인할 수 있었으며 최적화를 통해 기본형상보다 방향안정성이 약 29% 향상되는 결과를 얻었다. 또한 파라미터 기반 형상 생성기법과 근사최적화 기법의 연동을 이용한 형상최적설계 과정을 초음속, 고받음각 유동의 chine 형상설계에 적용하여 그 효율성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권6호
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• pp.54-62
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• 2023

자유로운 이착륙과 뛰어난 비행능력을 가진 플랩핑 날갯짓 비행체에 관한 집중적 연구개발이 진행되고 있다. 대부분의 플랩핑 날갯짓에 관한 연구는 동기화된 운동의 다양한 운동변수에 대한 연구들로 비동기 운동을 수행하는 에어포일의 비정상 공력 특성에 미치는 영향에 대한 관심은 크지 않았다. 본 연구에서는 히브와 피치 진동운동 주파수가 서로 다른 에어포일의 비정상 공력특성을 수치적으로 연구했다. 먼저 비동기 운동에 따른 운동특성과 받음각 변화를 파악하였다. 해석 결과 진동수 비가 1.0인 경우 양력은 발생하지 않았고 추력이 크게 발생했다. r=0.5인 경우 양력이 크게 발생하였다. 에어포일 주변의와 분포와 표면에서의 압력계수를 분석하여 비동기 진동운동을 하는 에아포일의 공력특성을 분석했다. r=0.5인 경우 r=1.0인 경우 보다 더 큰 앞전 및 뒷전 와들이 관찰되었으며, 이 와들이 비동기 진동운동을 하는 에어포일의 공력특성에 큰 영향을 미친 것을 발견하였다. 향후 피치진동의 진폭이 비동기 진동운동을 하는 에어포일의 비정상 공력특성에 미치는 영향을 연구할 계획이다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제32권1호
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• pp.82-93
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• 2008

The flowfield behind two cylinders and flow-induced noise generated from the cylinders in various arrangement are numerically investigated based on the finite difference lattice Boltzmann model with 21 velocity bits. which is introduced a flexible specific heat ${\gamma}$ to simulate diatomic gases like air. In an isolated cylinder with two type of mesh. some flow parameters such as Strouhal number $S_t$ and acoustic pressure ${\Delta}p$ simulated from the solution are given and quantitatively compared with those provided the previous works. The effects of the center-to-center pitch ratio $L_{cc}/d=2.0$ in staggered circular cylinders as shown in Fig. 1 and angles of incidence ${\alpha}=30^{\circ}(T_{cc}/d=0.5)$, $45^{\circ}(T_{cc}/d =0.707)$ and $60^{\circ}\;(T_{cc}/d=0.866)$, respectively, are studied. Our analysis focuses on the small-scale instabilities of vortex shedding, which occurs in staggered arrangement. With the results of drag $C_d$ and lift $C_l$ coefficients and vorticity contours. the mechanisms of the interference phenomenon and its interaction with the two-dimensional vortical structures are present in the flowfields under $Re\;{\le}\;200$. The results show that we successively capture very small pressure fluctuations, with the same frequency of vortex shedding, much smaller than the whole pressure fluctuation around pairs of circular cylinders. The upstream cylinder behaves like an isolated single cylinder, while the downstream one experiences wake-induced flutter. It is expected that, therefore, the relative position of the downstream cylinder has significant effects on the flow-induce noise, hydrodynamic force and vortex shedding characteristics of the cylinders.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권6호
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• pp.468-477
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• 2014

본 연구에서는 태양광 고고도 무인항공기가 어떻게 태양광 에너지만을 이용해서 지상에서 이륙, 상승비행을 하여 임무고도인 18 km 지점까지 도달할 수 있는지에 관한 연구를 수행하였다. 주익면적 $35.98m^2$와 가로세로비 25의 글라이더 형태의 항공기가 기준 항공기 형상으로 사용되었다. 미국 나사의 공개 프로그램인 OpenVSP와 XFLR5을 사용하여 형상변수 및 양력계수와 항력계수를 계산하였으며, 태양광으로부터의 가용에너지와 상승비행에 필요한 에너지 균형을 통해 항공기의 상승비행을 예측하였다. 각 고도에서 비행속도를 최소화하여 최소시간 상승비행이 가능하도록 하였고 이륙시간에 따른 임무고도 도달까지의 총소요시간과 소모되는 에너지량을 예측하였다. 또한 편서풍과 비행속도에 의한 항공기의 이동거리를 계산하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권2호
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• pp.97-108
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• 2015

돛 요트, 패러글라이더, 또는 고공 풍력 등의 설계에 있어, 3차원 모델에 가해지는 측풍공기력을 해석하는 일은 다양한 기계의 성능을 예측하기 위해 매우 중요하다. 3차원 형상 주위의 본질적인 유동 물리를 이해하기 위하여, 본 연구에서는 간략화된 강체 모델들이 제안되었다. 자유류 속도, 받음각, 종횡비, 그리고 캠버가 독립변수로서 고려되었다. 양력과 항력 계수들은 ANSYS-CFX를 이용한 전산유체역학 해석을 통하여 계산되었고, 유동장의 후처리된 가시화 결과는 유체역학의 관점에서 해석되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권11호
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• pp.1049-1059
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• 2010

본 연구는 헬리콥터 블레이드 플랜폼의 공력최적 설계를 다루었다. 블레이드 3차원 공력형상 설계단계에서 결정해야하는 주요 설계 요소를 정의하고 B$\acute{e}$zier 곡선 등을 이용하여 매개변수화 하였다. 매개변수화와 설계 구속조건은 경험적 요소와 노하우를 반영하여 산업체나 연구소 등에서 사용하고 있는 설계기법을 활용하여 정의하였다. 호버링 FM과 전진비행 등가 양항비를 최적설계 문제의 목적함수로 반영하였다. 유도된 비선형 최적화 문제는 SQP기법으로 풀이하였으며 응용연구를 통해 본 연구의 기법으로 블레이드의 익형배치, 비틀림 및 시위분포 등 중요한 플랜폼 형상을 효과적으로 설계할 수 있음을 보였다.