Kwon, Jae Ryong;Baek, Sang Min;Rhee, Wook;Lee, Jae Ha
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.2
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pp.30-36
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2018
In this study, a small-scaled test system for a tip jet rotor was developed to contribute to the research on unmanned compound rotorcraft. The performance and dynamic characteristics of the tip jet rotor were investigated using the test system. The diameter of the tip jet rotor was set to 2m in consideration of the size of the test site and the pneumatic supply capacity of the. The rotating speed of the rotor was controlled by the pressure of the compressed air. The thrust and forces during the rotor rotation were measured using a load measuring device. A hydraulic actuator was installed for the dynamic test and full-bridge strain gages were attached to the root of each blade to measure the flap, lag, and torsion-wise responses generated when the rotor is excited by the actuator. The performance and dynamic characteristic tests were conducted at various rotor speeds and blade pitches. In order to check the validity of the test results, the results were also compared with the CAMRAD II analysis.
The noise sources of a tip-jet driven rotor can be separated by rotor blade noise and jet noise. The rotor blade noise consists of thickness noise, loading noise, nonlinear quadrupole noise, and jet noise is divided into nozzle momentum noise and jet radiation noise. The flow analysis for the prediction of rotor blade noise is performed by CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis, and the noise source of the rotor blade noise is identified by simultaneously applying the permeable and impermeable surface based FW-H (Ffowcs Williams-Hawkings) acoustic analogy. The nozzle momentum noise is obtained by permeable surface FW-H, and jet radiation noise is predicted by using empirical method for the fixed-wing jet. Both of jet noises use nozzle exit condition for noise analysis. The accuracy of the technique is verified based on the noise measurements of the tip-jet driven rotor, and the unique noise characteristics of the tip-jet driven rotor is confirmed by spectrum analysis.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.6
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pp.452-463
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2018
Tip-jet gyroplane is a type of compound helicopter that employs the tip-jet system to rotate the rotor by a reaction force from the gas jetted at the rotor tips in hovering. In forward flight, tip-jet gyroplane converts into a form of a gyroplane. Therefore, it is necessary to develop a new conceptual design method to consider three flight modes: tip-jet mode, gyroplane mode, and transient mode. This study developed the numerical code of conceptual design methodology that can consider three flight modes. The developed code was validated against the available experiment data. Based on the developed code, initial sizing of tip-jet gyroplane was performed for two mission profiles including high speed forward flight of 150knots with a mission range of 300km or 400km. Subsequently, the configuration and performance of the 3,000lb tip-jet gyroplane were analyzed.
Investigation of leading edge impingement cooling for first stage rotor blades in an aero-engine turbine, its effect on rotor temperature and trailing edge wake loss have been undertaken in this study. The rotor is modeled with the nozzle for attaining a more accurate simulation. The rotor blade is hollowed in order for the coolant to move inside. Also, plenum with the 15 jet nozzles are placed in it. The plenum is fed by compressed fresh air at the rotor hub. Engine operational and real condition is exerted as boundary condition. Rotor is inspected in two states: in existence of cooling technique and non-cooling state. Three-dimensional compressible and steady solutions of RANS equations with SST K-ω turbulent model has been performed for this numerical simulation. The results show that leading edge is one of the most critical regions because of stagnation formation in those areas. Another high temperature region is rotor blade tip for existence of tip leakage in this area and jet impingement cooling can effectively cover these regions. The rotation impact of the jet velocity from hub to tip caused a tendency in coolant streamlines to move toward the rotor blade tip. In addition, by discharging used coolant air from the trailing edge and ejecting it to the turbines main flow by means of the slot in trailing edge, which could reduce the trailing edge wake loss and a total decrease in the blade cooling loss penalty.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.3
no.1
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pp.39-49
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2010
In this paper, a numerical study has been carried out to investigate the influence of jet fan design variables on the performance of a jet fan. In order to achieve an optimum jet fan design and to explain the interactions between the different geometric configurations in the jet fan, three-dimensional computational fluid dynamics and the DOE method have been applied. Several geometric variables, i.e., hub-tip ratio, meridional shape, rotor stagger angle, number of rotor-stator blades and stator geometry, were employed to improve the performance of the jet fan. The objective functions are defined as the exit velocity and total efficiency at the operating condition. Based on the results of computational analyses, the performance of the jet fan was significantly improved. The performance degradations when the jet fan is operated in the reverse direction are also discussed.
The effect of incidence angle on the three-dimensional flow and aerodynamic loss in the tip leakage flow region downstream of a turbine rotor cascade has been investigated for two tip gap-to-chord ratios of h/c=0.0% (no tip gap) and 2.0%. The incidence angle is changed to be $i=-10^{\circ}$, $0^{\circ}$, and $5^{\circ}$. The results show that for $i=5^{\circ}$, secondary flows including the passage vortex are intensified noticeably, and there is a strong interaction between the passage and tip leakage vortices. For $i=-10^{\circ}$, however, the passage vortex is weakened significantly, so that there exists only a strong leakage-jet-like secondary flows near the casing wall. For h/c=0.0% and 2.0%, aerodynamic loss tends to increase with increasing i from $-10^{\circ}$ to $5^{\circ}$. A small increment of i in its positive incidence range results in a remarkable aerodynamic loss increase, while increasing i in the negative incidence range leads to a small change in the aerodynamic loss generation.
The effects of finite gap at the tip of turbomachinery blades have long been topics of both theoretical and experimental research because tip clearance degrades turbomachinery performance. This paper presents an analytical study of radial flow redistribution in a high speed compressor stage with axisymmetric tip clearance. The flow is assumed to be inviscid and compressible. The stage is modeled as an actuator disc and the analysis is carried out in the meridional plane. Upon going through the stage, the radially uniform upstream flow splits into the tip clearance and passage flows. The tip clearance flow is modeled as a jet driven by blade loading, or pressure difference between the pressure and suction sides. The model takes into consideration the detached shocks which occur in the rotor passage at the design point. This shock model is used to calculate the density ratio across the stage. Thus, the model is capable of predicting the kinematic effects of tip clearance in the high speed compressor flow field.
Qiu, Chengcheng;Pan, Guang;Huang, Qiaogao;Shi, Yao
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.102-115
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2020
In this study, the SST k - ω turbulence model and the sliding mesh technology based on RANS method have been adopted to simulate the exciting force and hydrodynamic of a pump-jet propulsor in different oblique inflow angle (0°, 10°, 20°, 30°) and different advance ratio (J = 0.95, J = 1.18, J = 1.58).The fully structured grid and full channel model have been adopted to improved computational accuracy. The classical skewed marine propeller E779A with different advance ratio was carried out to verify the accuracy of the numerical simulation method. The grid independence was verified. The time-domain data of pump-jet propulsor exciting force including bearing force and fluctuating pressure in different working conditions was monitored, and then which was converted to frequency domain data by fast Fourier transform (FFT). The variation laws of bearing force and fluctuating pressure in different advance ratio and different oblique flow angle has been presented. The influence of the peak of pulsation pressure in different oblique flow angle and different advance ratio has been presented. The results show that the exciting force increases with the increase of the advance ratio, the closer which is to the rotor domain and the closer to the blades tip, the greater the variation of the pulsating pressure. At the same time, the exciting force decrease with the oblique flow angle increases. And the vertical and transverse forces will change more obviously, which is the main cause of the exciting force. In addition, the pressure distribution and the velocity distribution of rotor blades tip in different oblique flow angles has been investigated.
Gil Moon Park;Hwan Kyu Park;Jong Il Kim;Jin Heung Kim;Moo Seok Lee;Nak Kyu Chung
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.2
no.2
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pp.153-174
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1985
The one of critical factor in gas turbine engine performance is high turbine inlet gas temperature. Therefore, the turbine rotor has so many problems which must be considered such as the turbine blade cooling, thermal stress of turbine disk due to severe temperature gradient, turbine rotor tip clearance, under the high operating temperature. The purpose of this study is to provider the temperature distribution and heat flux in turbine disk which is required to considered premensioned problem by the Finite Difference Method and the Finite Element Methods on the steady state condition. In this study, the optimum aspect ratio of turbine disk was analysed for various heat conductivity of turbine disk material by Finite Difference Method, and the effect of laminating method with high conductivity materials to disk thickness direction by Finite Element Methods in order to cool the disk. The laminating method with high conductivity material on the side of the disk is effective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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