Numerical and experimental studies were performed to investigate the aerodynamic performance of a thin wing in close vicinity to the ground. The vortex lattice method (VLM) was utilized to simulate the wing in ground (WIG) effect, which included freely deforming wake elements. The numerical results acquired through the VLM were compared to the experimental results. The experiment entailed varying the ground clearance using the DHMTU (Department of Hydromechanics of the Marine Technical University of Saint Petersburg) wing and the WIG craft model in the wind tunnel. The aero-dynamic influence of the design parameters, such as angles of attack, aspect ratios, taper ratios, and sweep angles were studied and compared between the numerical and experimental results associated with the WIG craft. Both numerical and experimental results suggested that the endplate augments the WIG effect for a small ground clearance. In addition, the vortex lattice method simulated the wake deformation following the wing in the influence of the ground effect.
This present study provides the structural design and analysis of main wing, horizontal tail and control surface of a small scale WIG (Wing-in-Ground Effect) craft which has been developed as a future high speed maritime transportation system of Korea. Weight saving as well as structural stability could be achieved by using the skin.spar.foam sandwich and carbon/epoxy composite material. Through sequential design modifications and numerical structural analysis using commercial FEM code PATRAN/NASTRAN, the final design structural features to meet the final design goal such as the system target weight, structural safety and stability were obtained. In addition, joint structures such as insert bolts for joining the wing with the fuselage and lugs for joining the control surface to the wing were designed by considering easy assembling as well as more than 20 years service life.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.2
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pp.209-217
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2016
Unlike conventional airplane, a WIG craft experiences righting moment and adverse yaw moment in banked turning in ground effect. Numerical simulations are carried out to study the aerodynamics of banked wing in ground effect. Configurations of rectangular wing and delta wing are considered, and performance of endplates and ailerons during banking are also studied. The study shows that righting moment increase nonlinearly with heeling angle, and endplates enhance the righting. The asymmetric aerodynamic distribution along span of wing with heeling angle introduces adverse yaw moment. Heeling in ground effect with small ground clearance increases the vertical aerodynamic force and makes WIG craft climb. Deflections of ailerons introduce lift decrease and a light pitching motion. Delta wing shows advantage in banked turning for smaller righting moment and adverse yaw moment during banking.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.12
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pp.1082-1088
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2007
Demand for high speed sea transportation modes has been increased dramatically last few decades. The WIG(Wing-in-ground effect) is considered as next generation maritime transportation system. In the structural design of high speed marine vessels, an estimation of water impact loads is essential. The dynamic structural responses of the WIG excited by the water impact loads may bring an important contribution to their damage process. The work presented in this paper is focused on the numerical simulation of the water impact on the WIG craft when it lands. It is aimed to study the structural responses of the WIG craft subjected to the water impact loads. The Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) finite element method is used to simulate the water impact of the WIG craft during a landing phase. A full 3D shell element is used to model the WIG craft in carbon composites, and a developed FE model is used to investigate the effect of the water impact loads on the structural responses of the WIG craft. In the analysis, two different landing scenarios are considered and their effects on the structural responses are investigated.
Numerical simulations are made for the three-dimensional flow around a wing in ground effect craft haying the complex geometry. A numerical tool is developed for the primary design of hull and wing shape of practical Wing-In-Ground effect(WIG) stop. The finite-difference method is utilized to descretize the governing equations and pressure field is obtained by using Marker-And-Cell(MAC) method. The air and water flows are simultaneously simulated in the time-marching solution procedure for the Navier-Stokes equation. The porosity technique and the density function are devised for the implementation of the three-dimensional body-boundary and the free-surface conditions, respectively. In this paper, a craft is modeled simply by three blocks containing a wing mounted on a main body horizontally, with the endplate. The numerical calculations of a WIG advancing in a calm water are performed and the WIG-generated wave profiles are also obtained. In the final paper, details of the numerical methods employed for the present study and calculated results are discussed.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.5
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pp.381-389
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2011
In this study, we are focusing our attention on lift characteristics of the low aspect wings for Wing-In Ground effect crafts (WIG). Experimental measurements at an open-type wind tunnel are carried out and results are comparatively presented. In order to simulate the realistic ground condition in where the WIG craft is flying, moving ground is implemented by a conveyor belt rotating with the same velocity of the inflow. We consider two different wings (NACA0012 and DHMTU section) which have four different aspect ratios (0.5, 1.0, 1.5 and 2.0). Forces acting on the wings are measured and lift characteristics are elaborately investigated for various different conditions. In addition, end-plate effects are estimated. Results are validated by comparing with theoretic solutions of the symmetric airfoil. Present results show that ground effects are differently generated in moving or fixed ground conditions, and hence left characteristics are affected by the ground condition. Consequently, accurate aerodynamic forces acting on the WIG craft are guaranteed in a realistic moving ground condition.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.4
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pp.396-402
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2008
As demands for high speed sea transportations have recently been increased, various high speed ships appear. Among them the WIG is believed to be one of the next generation of the sea transportation system. Test flight of the 20 seaters WIG craft, Haenarae-X1, developed by MOERI was a success in August, 2007. Development of the large WIG is now ongoing, and it is expected to be commercialized in the near future. In this study we designed a remote controled WIG Craft and carried out its performance test in order to establish engineering design procedures of an Unmanned WIG (U-WIG) craft.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.03a
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pp.810-812
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2008
Previously study on structural design of the main wing of the twenty-seat class WIG(Wing in Ground Effect) craft. In the final design, three spars construction was selected for safety in the critical flight load, and the Carbon-Epoxy material was selected for lightness and structural stability. In this study, the forced vibration analysis was performed on the composite main wing structure of the twenty-seat class WIG craft with two-stroke pusher type reciprocating engine. The vibration analysis based on the finite element method was performed using a commercial FEM code, MSC/NASTRAN. Excitations for the frequency response analysis were assumed as the H-mode(horizontal mode), the V-mode(vertical mode) and the X-mode(twisted mode) which are typical main vibration modes of engine. And excitations for the transient response analysis were assumed as the L-mode(longitudinal mode) with the oscillating propeller thrust which occurs in operation. According to the result of forced vibration analysis, structural design was modified to reduce the vibrations.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.3
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pp.60-70
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1999
The longitudinal stability characteristics of a Wing-In-Ground Effect Craft are quite different from that of the conventional airplane due to the existence of force and moment derivatives with regard to height. This stability characteristics plays a great role in designing a safe and efficient WIG due to its potential danger in sea surface proximity. The static and dynamic stability criteria are derived from the motion equations of WIG in the framework of small disturbance theory and discussed in the paper. The static and dynamic stability analyses of a 20-passenger WIG are conducted based on the wind tunnel test data and the dynamic motion behaviors are investigated for the change of the design parameters. Finally, the flying quality of the 20-passenger WIG is analysed at the cruising condition according to the military regulations.
This study was performed on preliminary structural design of a small scale WIG craft which has been developed as a next generation high speed maritime transportation system in Korea. A composite structure design using the foam-sandwich for main wing and tail fins and the honeycomb sandwich and skin-stringer-ring frame for fuselage was applied for weight reduction as well as structural stability. A commercial FEM code, NASTRAN for was utilized to confirm the structural safety for the reiterate design modifications to meet design requirements including the target weight. Each main wing was jointed with the fuselage by eight high strength insert bolts for easy assembling and disassembling as well as for assuring the required 20 years service life. For control surface structural design, the channel type spar, the foam sandwich skin and the lug joint were adopted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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