Kim, Yang-Kyun;Kim, Sung-Cho;Kim, Jeong-Soo;Choi, Jong-Wook;Park, Jeong
Journal of the Korean Society of Visualization
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v.5
no.2
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pp.20-25
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2007
The geometry of a commercial passenger airplane is realized based on a Boeing 747-400 model through the photographic scanning and reverse engineering. The each element consisting of the plane such as fuselage, wing, vertical fin, stabilizer and engines, is individually generated and then the whole body is assembled by the photomodeler. The maximum error in the realized airplane is about 1.4% comparing with the real one. The three-dimensional inviscid steady compressible governing equations are solved in the unstructured tetrahedron grid system, and in a finite volume method using STAR-CD when the airplane flies at the cruise condition. The pressure distribution on the surface and the wing-tip vortices are visualized, and in addition to the aerodynamics coefficients, lift and drag are estimated.
Recently, there has been a serious effort to design a wing in ground effect (WIG) craft. Vehicles of this type might use low aspect ratio wings defined as those with smaller than 3. Design and prediction techniques for fixed wings of relatively large aspect ratio are reasonably well developed. However, Aerodynamic problems related to vortex lift on wings of low aspect ratio have made it difficult to use existing techniques. In this work, we firstly focus on understanding aerodynamic characteristics of low aspect ratio wings and comparing the results from experimental measurements and currently available numerical predictions for both inviscid and viscous flows. Second, we apply an improved numerical method, "B-spline based high panel method with wake roll-up modeling", to the same problem.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.39
no.10
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pp.905-911
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2011
With the progress of micro actuator technology, studies on the development of micro air flapping wing vehicles are actively undergoing. In the present study, the changes of both lift and thrust characteristics of the wings are investigated using a boundary element method. Lift of the heaving wing is not generated when the wing is beating with smaller frequencies than 1 Hz. Thrust increases with amplitude and frequency. As the wing's taper and aspect ratios increase, both lift and thrust also increase. Results on the pitching oscillation and flapping motion will be included in the future work.
A dragonfly inspired flapping wing is investigated in this paper. The flapping wing is actuated from the root by a PZT-5H and PZN-7%PT single crystal unimorph in the piezofan configuration. The non-linear governing equations of motion of the smart flapping wing are obtained using the Hamilton's principle. These equations are then discretized using the Galerkin method and solved using the method of multiple scales. Dynamic characteristics of smart flapping wings having the same size as the actual wings of three different dragonfly species Aeshna Multicolor, Anax Parthenope Julius and Sympetrum Frequens are analyzed using numerical simulations. An unsteady aerodynamic model is used to obtain the aerodynamic forces. Finally, a comparative study of performances of three piezoelectrically actuated flapping wings is performed. The numerical results in this paper show that use of PZN-7%PT single crystal piezoceramic can lead to considerable amount of wing weight reduction and increase of lift and thrust force compared to PZT-5H material. It is also shown that dragonfly inspired smart flapping wings actuated by single crystal piezoceramic are a viable contender for insect scale flapping wing micro air vehicles.
Kim, Dong-Hyun;Lee, In;Kim, Seung-Ho;Kim, Tae-Hyoun;Lee, James S.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.914-920
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2002
Nonlinear flow-induced vibration characteristics of a generic missile wing (or control surface) are investigated in this study. The wing model has freeplay structural nonlinearity at its pitch axis. Nonlinear aerodynamic flows with unsteady shock waves are considered in the transonic flow region. To practically consider the effects of freeplay structural nonlinearity, the fictitious mass method (FMM) is applied to structural vibration analysis based on a finite element method (FEM). A computational fluid dynamics (CFD) technique is used for computing the nonlinear unsteady aerodynamics of all-movable wings. The aerodynamic analysis is based on the efficient transonic small-disturbance aerodynamic equations of motion using the potential-flow theory. To solve the nonlinear aeroelastic governing equations including the freeplay effect, a modal-based computational structural dynamic (CSD) analysis technique based on fictitious mass method (FMM) is used in time-domain. In addition, CSD and unsteady CFD techniques are simultaneously coupled to give accurate computational results. Various aeroelastic computations have been performed for a generic missile wing model. Linear and nonlinear aeroelastic computations have been conducted and the characteristics of flow-induced vibration are introduced.
The structural dynamics (SD) behavior of Elastic Flapping Wings (EFWs) is investigated analytically as a novel approach in EFWs analysis. In this regard an analytical SD solution of EFW undergoing a prescribed rigid body motion is initially derived, where the governing equations are expressed in modal space. The inertial forces are also analytically computed utilizing the actuator induced acceleration effects on the wing structure, while due to importance of analytical solution the linearity assumption is also considered. The formulated initial-value problem is solved analytically to study the EFW structural responses, where the effect of structure-actuator frequency ratio, structure-flapping frequency ratio as well as the structure damping ratio on the EFW pick amplitude is analyzed. A case study is also simulated in which the wing is modeled as an elastic beam with shell elements undergoing a prescribed sinusoidal motion. The corresponding EFW transient and steady response in on-off servo behavior is investigated. This study provides a conceptual understanding for the overall EFW SD behavior in the presence of inertial forces plus the servo dynamics effects. In addition to the substantial analytical results, the study paves a new mathematical way to better understanding the complex role of SD in dynamic EFWs behavior. Specifically, similar mathematical formulations can be carried out to investigate the effect of aerodynamics and/or gravity.
In this paper, the performance of a small fixed wing unmanned aerial vehicle is predicted theoretically with the minimum specifications and a low Reynolds number. Based on the results, it was compared with the results of an actual flight test and simple electric motor wind tunnel test. As a result of the validity of the analysis, a 3.5 kilograms class fixed wing small UAV can predict aerodynamic performance by general theory analysis. However, the required thrust was analyzed as a possible design error. Based on the results of this study, this paper proposed a method to minimize the design error when developing small fixed wing UAV flying in a low Reynolds number.
The selection of the optimal position of the flap was performed in order to improve the aerodynamic performance during the take-off and landing processes of aircraft. For this, the existing airfoils of the main wing and flap are selected as the baseline model and the lift coefficients (cl) according to angle of attacks (AOA) were calculated with the change of the position of flap airfoil. The objective function was defined as the consideration of the maximum cl, lift to drag ratio and cl at certain AOA. Then, at 121 experimental points within $20mm{\times}20mm$ domain, two dimensional flow simulations with Spalart-Allmaras turbulence model were performed concerning the AOA from 0 to 15 degree. If the optimal position was located at the domain boundary, the domain moved to the optimal position. These processes were iterated until the position was included in the inside of the domain. From these processes, the flow separation at low AOA was removed and cl increased linearly comparing with that of the baseline model.
Lee Hyun;Kim Mi-Young;Choi Jang-Woon;Choi Min-Seon;Lee Young-Ho
한국가시화정보학회:학술대회논문집
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2003.11a
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pp.39-42
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2003
Leading edge extension(LEX) in a highly swept shape applied to a delta wing features the modern air-fighters. The LEX vortices generated upon the upper surface of the wing at high angle of attack enhance the lift force of the delta wing by way of increased negative suction pressure over the surfaces. The present 3-D stereo PIV includes the Identification of 2-D cross-correlation equation, stereo matching of 2-D velocity vectors of two cameras, accurate calculation of 3-D velocity vectors by homogeneous coordinate system, removal of error vectors by a statistical method followed by a continuity equation criterion and so on. A delta wing model with or without LEX was immersed in a circulating water channel. Two high-resolution, high-speed digital cameras$(1280pixel\times1024pixel)$ were used to allow the time-resolved animation work. The present dynamic stereo PIV represents the complicated vortex behavior, especially, in terms of time-dependent characteristics of the vortices at given measuring sections. Quantities such as three velocity vector components, vorticity and other flow information can be easily visualized via the 3D time-resolved post-processing to make the easy understanding of the LEX effect or vortex emerging and collapse which are important phenomena occurring in the field of delta wing aerodynamics.
Kim, Beom-Seok;Lee, Hyun;Kim, Jeong-Hwan;Lee, Young-Ho
Proceedings of the KSME Conference
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2004.04a
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pp.1672-1677
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2004
Leading edge extension(LEX) in a highly swept shape applied to a delta wing features the modem air-fighters. The LEX vortices generated upon the upper surface of the wing at high angle of attack enhance the lift force of the delta wing by way of increased negative suction pressure over the surfaces. The present 3-D stereo PIV includes the Identification of 2-D cross-correlation equation, stereo matching of 2-D velocity vectors of two cameras, accurate calculation of 3-D velocity vectors by homogeneous coordinate system, removal of error vectors by a statistical method followed by a continuity equation criterion and so on. A delta wing model with or without LEX was immersed in a circulating water channel. Two high-resolution, high-speed digital cameras($1280pixel{\times}1024pixel$) were used to allow the time-resolved animation work. The present dynamic stereo PIV represents the complicated vortex behavior, especially, in terms of time-dependent characteristics of the vortices at given measuring sections. Quantities such as three velocity vector components, vorticity and other flow information can be easily visualized via the 3D time-resolved post-processing to make the easy understanding of the LEX effect or vortex emerging and collapse which are important phenomena occurring in the field of delta wing aerodynamics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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