To implement the insects' flapping flight for developing flapping MAVs(micro air vehicles), the unsteady flow characteristics of the insects' forward flight is investigated. In this paper, two-dimensional FSI(Fluid-Structure Interaction) simulations are conducted to examine realistic flow features of insects' flapping flight and to examine the flexibility effects of the insect's wing. The unsteady incompressible Navier-Stokes equations with an artificial compressibility method are implemented as the fluid module while the dynamic finite element equations using a direct integration method are employed as the solid module. In order to exchange physical information to each module, the common refinement method is employed as the data transfer method. Also, a simple and efficient dynamic grid deformation technique based on Delaunay graph mapping is used to deform computational grids. Compared to the earlier researches of two-dimensional rigid wing simulations, key physical phenomena and flow patterns such as vortex pairing and vortex staying can still be observed. For example, lift is mainly generated during downstroke motion by high effective angle of attack caused by translation and lagging motion. A large amount of thrust is generated abruptly at the end of upstroke motion. However, the quantitative aspect of flow field is somewhat different. A flexible wing generates more thrust but less lift than a rigid wing. This is because the net force acting on wing surface is split into two directions due to structural flexibility. As a consequence, thrust and propulsive efficiency was enhanced considerably compared to a rigid wing. From these numerical simulations, it is seen that the wing flexibility yields a significant impact on aerodynamic characteristics.
Journal of Fisheries and Marine Sciences Education
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v.25
no.3
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pp.705-715
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2013
This Paper presented the reduction methods of $CO_2$ emission from ships during voyage. In order to decrease $CO_2$ emission during voyage the equation was established and conducted the study about the relationship between ship speed, the propulsive efficiency and its $CO_2$ production. The results obtained from the examinations are as follows : 1. $CO_2$ emission from sailing ships can be decreased by reducing specific fuel oil consumption of main diesel engine, coefficient of total resistance and ship speed and also by increasing propeller efficiency. 2. Diesel-electric propulsion system is more effective than diesel-mechanical system to decrease the level of $CO_2$ emission during long voyage. 3. Good condition of ship's hull surface, rudder and propeller's surface can decrease the quantity of fuel oil and $CO_2$ emission by reducing the resistance of ship that can rise the propeller efficiency 4. $CO_2$ emitted from ships can be decreased in a global scale by giving attention to the synthetic transport efficiency.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.1
no.1
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pp.29-38
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2009
A ship's screw-propeller produces thrust by rotation and, at the same time, generates rotational flow behind the propeller. This rotational flow has no contribution to the generation of thrust, but instead produces energy loss. By recovering part of the lost energy in the rotational flow, therefore, it is possible to improve the propulsion efficiency. The contra-rotating propeller (CRP) system is the representing example of such devices. Unfortunately, however, neither a design method nor a full-scale performance prediction procedure for the CRP system has been well established yet. The authors have long performed studies on the CRP system, and some of the results from the authors' studies shall be presented and discussed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.2
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pp.201-211
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2018
This paper illustrates recent advancements relative to a non-conventional propulsion system for boats and is based on two previous papers of the author presented at a conference (see Muscia, 2015a,b). The system does not consider propellers and utilizes the vibration generated by two or more pairs of counter rotating masses. The resultant of the centrifugal forces applies an alternate thrust to the hull that oscillates forward and backward along the longitudinal axis of the boat. The different hydrodynamic drag forces that oppose to the oscillation produce a prevalently forward motion of the vessel. The vibration that causes the motion can be suitably defined to maximize the forward displacement and the efficiency propulsion of the system. This result is obtained by using elliptical gears to rotate the counter rotating masses. The computation of the propulsion efficiency is based on a suitable physical mathematical model. Correlations between numerical experiments on models and possible full scale application are discussed. Some remarks in relation to practical applications and critical issues of the propulsive solution are illustrated. The results have been obtained with reference to a CAD model of a real boat already manufactured whose length is approximately equal to 13 m.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.7
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pp.965-971
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2017
The primary objective of this study was to assess the energy efficiency performance of an optimized hull form capable of saving energy based on existing vessels. The bow shape of existing vessels was investigated, giving consideration to design draft and speed. Resistance performances were also assessed for existing vessels according to operating conditions. Commercial CFD codes and model test materials were used to assess effective power. An optimized hull form with minimum resistance was selected given real operating conditions. The effective horsepower of existing and optimized vessels was estimated at three speeds. Resistance performance for an optimized vessel showed a 6 % improvement in effective horsepower at design speed (12 knots) compared to existing vessels. Quasi-propulsive efficiency employed experimental data, while energy efficiency performance was analyzed based on operating days, bunker fuel oil C cost, daily fuel oil consumption and specific fuel oil consumption. Energy efficiency performance for an optimized vessel showed a gain of 30 million won per year in reduced costs at design speed (12 knots) compared to existing vessels.
A complex energy saving device has been developed for middle class vessels. The propulsive performance of the developed device is described through a model test. The pre-swirl stator, which recovers the rotational energy of the propeller slipstream, is a well-known energy saving device for large vessels. The pre-swirl stator for a large vessel is usually cast as a part of the stern frame and has a high cost. The manufacture of a cast stator for an existing vessel is almost impossible. The complex device that was developed can be fitted on astern frame by welding. The model tests show a 4-6% efficiency gain for middle class vessels with the developed appendages compared to those with bare hulls.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.34-37
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2009
The present study presents a numerical methodology for early conceptual trade-off study between propulsive performance, cooling efficiency, weight and size, in which combustion and cooling precesses in regeneratively cooled rocket thrust chamber are interactively simulated. To address the capabilities and reliability of the design tool, some application results are given involving contour design, performance analysis, and wall cooling prediction as well as a systematic design evaluation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.2
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pp.356-368
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1992
The strongly interactive flow field near a missile afterbody containing a centered exhaust jet is numerically investigated. The thin shear layer and full formulation of compressible, Reynolds I averaged Navier-Stokes equations are solved. A time-dependent implicit numericals algorithm is used to obtain solution for a variety of flow conditions. Turbulence closure is implemented by the Baldwin-Lomax algebraic eddy viscosity model. An adaptive grid technique is adopted to resolve flow regimes with large gradients and to improve the accuracy and efficiency of the computation, Numerical results show good agreemement with experimental data in all regimes.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.14
no.2
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pp.39-44
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2006
The unsteady vortex lattice method is used to model lead-lag in flapping motions of a rectangular flat plate wing. The results for plunging and pitching motions were compared with the limited experimental results available and other numerical methods. They show that the method is capable of simulating many of the features of complex flapping flight. The lift, thrust and propulsive efficiency of a rectangular flat plate wing have been calculated for various lead-lag motion and reduced frequency with an amplitude of flapping angle(20o). To describe a motion profile of wing tip such as elliptic, line and circle, the phase difference of flapping and lead-lag motion was changed. And the effects of the motion profile on the aerodynamic characteristics of the flapping wing are discussed by examination of their trends.
Selected Papers of The Society of Naval Architects of Korea
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v.1
no.1
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pp.65-75
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1993
Hull form development for an AFRAMAX tanker characterized by the form parameters of $C_B\simeq0.8$, $L/B\simeq5.5$, $B/T\simeq3.5$, han been carried out by the application of ‘Composite Stern Frameline Concept’. The viscous resistance of the new form was much smaller than that of the conventional form. Form factor of the new form was only 0.18 compared to 0.30 for the conventional hull form, Nevertheless the propulsive efficiency was slightly lower and thus the required propulsion power was smaller by 5~6% at both full load and ballast condition. In addition, it is confirmed that introduction of the form factor method such as ITTC’78 method is highly advisable because there is a great risk of the underperdicting full scale resistance of the hull form whose form the extrapolation of moel resistance to full scale is to be based on Froude method with the correlation allowances usually applied to conventional hull forms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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