Numerical Study on Flow Characteristics of Synthetic Jet with Rectangular and Circular Slot Exit

사각형 및 원형 출구 형상 synthetic jet의 수치적 연구를 통하여 유입류가 존재할 경우 평판에서의 유동 구조를 분석하였다. 사각형 출구 형상의 경우, jet 직후에 강한 vortex가 생성되지만 주변에 적은 momentum을 공급하기 때문에 유입류 방향으로 갈수록 유동제어 효과가 급격하게 감소하게 된다. 원형출구 형상의 경우, 규칙적인 vortex의 형태가 slot 중앙부터 끝까지 나타나고 jet에 의해서 공급되는 vortex의 형태가 유입류의 방향으로 발달되게 되어 보다 멀리까지 vorticity의 영향이 미치게 된다. 유동제어 효과를 예상하기 위하여 사각형 및 원형 출구 형상의 위치 별 wall shear stress를 비교하였다. 그 결과, 원형 출구 형상이 사각형 출구 형상보다 유동제어 효과가 더 클 것으로 예상된다.The flow characteristics of synthetic jet depending on rectangular and circular jet exit configuration are investigated using numerical computation with cross flow. In rectangular slot, synthetic jet generates the strong vortex, however, supply fewer momentum and effectiveness of flow control is reduced along flow direction. In circular slot, regular vortex is formed from slot center to end and developed in flow direction. It affects the wider region than rectangular slot. The distribution of wall shear stress is considered in order to indicate the effectiveness of flow control device for flow separation delay. As a result, circular slot is a more suitable candidate for delaying flow separation.본 연구는 방위사업청과 국방과학연구소의 지원(UC100031JD), 슈퍼컴퓨팅센터(KSC-2010-C1-0030), 항공 우주 신기술 연구소의 지원으로 수행되었음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2011-01/104/0000004648/13SEQ:13PERF_CD:SNU2011-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:사각형_및_원형_출구_Synthetic_Jet의_유동_특성에_대한_수치적_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Experimental Study on Flow Characteristics of Synthetic Jets with Circular Exit

본 연구는 교육과학기술부 한국연구재단(No.20090084669), 국토해양부건설기술혁신사업('09 기술혁신 E02), 항공우주신기술연구소 및 BK21 사업의 지원으로 수행되었습니다OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2010-01/104/0000004648/36SEQ:36PERF_CD:SNU2010-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:원형_출구_Synthetic_Jet의_유동_특성_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Flow Control of Smart UAV Airfoil Using Synthetic Jet Part 2 : Flow control in Transition Mode Using Synthetic Jet

In order to reduce the download around the Smart UAV(SUAV) at Transition mode, flow control using synthetic jet has been performed. Many of the complex tilt rotor flow features are captured including the leading and trailing edge separation, and the large region of separated flow beneath the wing. Based on the results of part 1 of the present work, synthetic jet is located at 0.01c, 0.95cflap and it is operated with the non-dimensional frequency of 0.5, 5 to control the leading edge and trailing edge separation. Consequently, download is substantially reduced compared to with no control case at transition mode using leading edge jet only. The present results show that the overall flight performance and stability of the SUAV can be remarkably improved by applying the active flow control strategy based on synthetic jet.스마트 무인기 익형 주위의 유동 구조를 파악하고 이를 바탕으로 synthetic jet을 이용하여 천이 비행 모드에서의 수익하중 감소 여부를 파악하였다. 스마트 무인기의 실제 비행 모드에서의 유동 구조를 분석하여 앞전 및 뒷전에서 발생하는 와류에 의해서 수익하중이 크게 증가함을 밝혔다. 이에 앞전과 뒷전에서 발생하는 유동의 박리를 효과적으로 제어하기 위하여 Part 1의 결과를 바탕으로 0.01c, 0.95cflap 지점에 jet을 위치시키고 각각 무차원 주파수(F+)를 0.5, 5로 작동시켜 그에 따른 유동구조 변화와 항력 감소율을 알아보았다. 그 결과 천이 비행 모드에서의 유동 제어를 위해서는 앞전에 위치한 jet만을 작동시킬 경우 가장 효과적으로 수익하중을 감소시킬 수 있음을 밝혔다. 이에 정지 비행 모드에서 뿐만 아니라 천이 비행 모드에서 synthetic jet을 이용하여 유동을 제어한다면 스마트전 비행 모드에서의 비행성능과 안정성을 동시에 향상시킬 수 있을 것이다.본 연구는 지식경제부 지원으로 수행하는 21세기 프론티어 기술개발사업(스마트무인기기술개발) 및 방위사업청과 국방과학연구소의 지원 (계약번호 UD0700 41AD)과 한국과학기술정보연구원 슈퍼컴퓨팅센터 (KSC-2007- S00-1016), BK 21사업의 지원을 통해 수행되었습니다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2009-01/102/0000004648/11SEQ:11PERF_CD:SNU2009-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:Synthetic jet을 이용한 스마트 무인기(SUAV) 유동제어 Part 2.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

Flow Control of Smart UAV Airfoil Using Synthetic Jet Part 1 : Flow control in Hovering Mode Using Synthetic Jet

In order to reduce the download around the Smart UAV(SUAV) at hovering, flow control using synthetic jet has been performed. Many of the complex tilt rotor flow features are captured including the leading and trailing edge separation, and the large region of separated flow beneath the wing. In order to control the leading edge andtrailing edge separation, synthetic jet is located at 0.01c, 0.3cflap, 0.95cflap. As non-dimensional frequency, the flow pattern is altered and the rate of drag reduction is changed. The results show that synthetic jets shorten the vortex period and decrease the vortex size by changing local flow structure. By using leading edge jet and trailing edge jet, download is efficiently reduced compared to no control case at hovering mode.스마트 무인기 익형 주위의 유동 구조를 파악하고 이를 바탕으로 synthetic jet을 이용하여 정지 비행 모드에서의 수익하중 감소 여부를 파악하였다. 스마트 무인기의 실제 비행 모드에 대하여 유동 구조를 분석하여 앞전 및 뒷전에서 발생하는 와류에 의해서 수익하중이 크게 증가함을 밝혔다. 이에 앞전과 뒷전에서 발생하는 유동의 박리를 제어하기 위하여 0.01c, 0.3cflap, 0.95cflap 위치에 jet을 위치시켰다. 또한 무차원 주파수(F+)의 변화에 따른 유동 구조 변화와 항력 감소율을 알아보았다. 그 결과, 와류의 유동 구조를 변화시켜 앞전과 뒷전에서 발생하는 거대한 와류의 박리 주기를 짧게 하고 와류의 크기를 감소시켜 정지 비행 모드에서 수익 하중을 효과적으로 감소시킬 수 있었다.본 연구는 지식경제부 지원으로 수행하는 21세기 프론티어 기술개발사업(스마트무인기기술개발) 및 방위사업청과 국방과학연구소의 지원 (계약번호 UD0700 41AD)과 한국과학기술정보연구원 슈퍼컴퓨팅센터 (KSC-2007- S00-1016), BK 21사업의 지원을 통해 수행되었습니다.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2009-01/102/0000004648/10SEQ:10PERF_CD:SNU2009-01EVAL_ITEM_CD:102USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:Synthetic jet을 이용한 스마트 무인기(SUAV) 유동제어 Part 1.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]_YN:NCONFIRM:

Experimental Study on Flow Characteristics of Synthetic Jet with Circular Exit Array in Separated Flow

Piezo-electric diaphragm으로 작동되는 synthetic jet을 박리 유동 제어에 적용하기 위한 실험을 수행하여 전산 수치 해석 결과와 유동 현상을 비교 분석하였다. 외부 유동이 없는 조건에서 열선 유속계를 활용한 출구 속도 측정 실험을 통해 작동 주파수와 출구 지름이 출구 유속 변화에 중요한 역할을 하고 있음을 검증했다. 출구 단면적이 동일한 조건의 실험에서는 동일한 유량이 출구를 통해 분출되더라도 출구 둘레의 길이가 커질수록 점성의 영향이 증가하여 출구 유속이 감소함을 알 수 있었다. 외부 유입류가 있는 inclined flat plate에서 synthetic jet 작동 전/후의 압력 계수 분포를 비교하여 유동 제어 성능을 결정하는 핵심 파라미터의 역할을 검증했다. 그 결과 주어진 박리 발생 조건에서 최적의 유동 제어 성능을 발휘하는 작동 주파수, 출구 지름, 출구 간격을 발견할 수 있었다.The control of separated flow on an inclined flat plate using synthetic jet which actuated by piezo-electric diaphragm was investigated experimentally. Experimental results were compared with computational results in order to analyze flow physics. According to the result of jet velocity using hot wire anemometry with no cross flow, we found that actuation frequency and orifice diameter played important role in jet velocity. On the condition of same exit area, jet velocity was decreased because of exit perimeter which related with viscous effect. According to the result of measuring static pressure on the inclined flat plate with cross flow, we found that actuation frequency and orifice diameter and gap between orifices played important role in separation control performance.본 연구는 방위사업청 및 국방과학연구소 (UC100031JD), 슈퍼컴퓨팅센터(KSC-2010-C1- 0030), 항공 우주 신기술 연구소, BK 21의 지원 으로 수행되었음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2011-01/104/0000004648/24SEQ:24PERF_CD:SNU2011-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:배열된_원형_출구_Synthetic_Jet의_박리_유동_제어_특성에_관한_실험적_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

출구 형상에 따른 Synthetic Jet 능동 유동제어의 실험적 연구

학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 기계항공공학부, 2011.8. 김종암.Docto

풍동실험을 이용한 초소형 비행체 공력 특성 연구와 설계 및 개발

학위논문(석사)--서울대학교 대학원 :기계항공공학부,2003.Maste

Flow Control Capability of Synthetic Jet for the Separated Flow

본 연구는 서울대학교 기계항공공학부 BK21사업, 항공우주신기술연구소의 지원으로 수행되었음. 또한 한국과학재단을 통해 교육과학기술부의 우주기초원천기술개발 사업(NSL, National Space Lab)으로부터 지원받아 수행됨(과제번호 20090091724).OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2010-01/104/0000004648/18SEQ:18PERF_CD:SNU2010-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:Synthetic_jet을_이용한_박리_제어_성능_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

Numerical Study on Flow Characteristics of Synthetic Jet with Slot Exit

The flow characteristics of synthetic jet depending on rectangular and circular jet exit configuration are investigated using numerical computation with cross flow. In rectangular slot, synthetic jet generates the strong vortex, however, supply fewer momentum and effectiveness of flow control is reduced along flow direction. In circular slot, regular vortex is formed from slot center to end and developed in flow direction. It affects the wider region than rectangular slot. The distribution of wall shear stress is considered in order to indicate the effectiveness of flow control device for flow separation delay. As a result, circular slot is a more suitable candidate for delaying flow separation.본 연구는 방위사업청과 국방과학연구소의 지원(UC100031JD), 슈퍼컴퓨팅센터(KSC-2010-CI-0030), 항공 우주 신기술 연구소의 지원으로 수행되었음.OAIID:oai:osos.snu.ac.kr:snu2011-01/104/0000004648/18SEQ:18PERF_CD:SNU2011-01EVAL_ITEM_CD:104USER_ID:0000004648ADJUST_YN:NEMP_ID:A001138DEPT_CD:446CITE_RATE:0FILENAME:Synthetic_Jet_출구_형상의_변화에_따른_유동_특성_파악을_위한_수치적_연구.pdfDEPT_NM:기계항공공학부EMAIL:[email protected]:

실험적 연구를 통한 SNU 초소형 비행체 설계 및 개발 = Design and Development of SNU MAV using Experimental Studies

본 논문에서는 일반 항공기의 설계경험식을 이용하여 SNU 초소형 비행체를 개념설계 하고 설계된 내용을 토대로 시제기를 제작하여 반복적인 풍동실험과 비행실험을 통하여 형상을 최적화하였다. 그리고 고효율의 추진시스템을 위해 프로펠러 형상에 따른 추력실험과 반응면기법(RSM)을 이용하여 최적의 프로펠러 형상을 도출하였다. SNU 초소형 비행체는 210mAh 배터리를 장착하였을 경우 17분 이상을 비행할 수 있었으며, 안정성과 조종성면에서 좋은 특성을 가지고 있음을 확인하였다. ; The SNU MAV has been designed through studies on highly efficient aerodynamic shape and propulsion system. The configuration of the vehicle was determined from conventional empirical equations, iterative wind tunnel tests and flight tests. The propeller shape was optimized with the various thrust tests and RSM(Response Surface Method) to obtain the higher efficient propulsion system. It was certified that the MAV could fly for over 17 minutes with a 210mAh battery. In addition, it showed good flight characteristics in both stability and controllability.본 연구는 한국과학재단 특정기초 연구과제 "ROS-2002-000-000329-0" 지원의 일부로 수행됨