해양환경안전학회지 Vol.26 No.7 (p.931-941)

|Research Paper|
Shape and Spacing Effects on Curvy Twin Sail for Autonomous Sailing Drone

무인 해상 드론용 트윈 세일의 형태와 간격에 관한 연구
키워드 :
Sailing Drone,Curvy Twin Sail,Driving Force Coefficient,Apparent Wind,Angle of Attack,해상용 드론,곡선형 트윈 세일,추력 계수,겉보기 바람,받음각

목차

Abstract
요 약
1. Introduction
2. Methodology
   2.1 The Geometry of the Curvy twin sail
   2.2 Computational Approach
3. Results and discussions
   3.1. Shape Optimizations
   3.2 Spacing optimizations
4. Conclusions
References

초록

해양데이터를 수집하기 위해 필요한 엔지니어, 연구원 및 과학자를 대신할 수 있는 해양 모니터링 장치인 자율주행보트의 필요성이 대두되고 있다. 이 논문은 자율주행보트의 세일을 개발하기 위한 연구로 곡선형 트윈 세일의 공기역학적인 특성을 수치해석적으로 분석하고 이를 날개 형태의 세일과 성능비교를 통해 곡선형 트윈 세일의 공기 역학적인 성능을 확인하였고, 세일의 간격과 형상에 따른 성능을 비교하였다. 유체 해석을 위한 지배방정식은 Navier - Stokes를 사용하였다. 성능비교 결과 곡선형 트윈 세일은 날개 형태의 세일과 비교하여 양력, 항력 및 추력 계수가 향상됨을 알 수 있다. 또한, 트윈 세일의 양 날개의 간격은 중요한 변수임을 확인 하였다. 0.035 L, 0.07 L, 0.14 L에서는 스톨로 인해 양력 계수의 감소로 나타났고 0.21 L, 0.28 L, 0.35 L에서는 개선되어 0.28 L에서 최대 양력을 보여 준다.
There is a growing interest this paper for ocean sensing where autonomous vehicles can play an essential role in assisting engineers, researchers, and scientists with environmental monitoring and collecting oceanographic data. This study was conducted to develop a rigid sail for the autonomous sailing drone. Our study aims to numerically analyze the aerodynamic characteristics of curvy twin sail and compare it with wing sail. Because racing regulations limit the sail shape, only the two-dimensional geometry (2D) was open for an optimization. Therefore, the first objective was to identify the aerodynamic performance of such curvy twin sails. The secondary objective was to estimate the effect of the sail’s spacing and shapes. A viscous Navier-Stokes flow solver was used for the numerical aerodynamic analysis. The 2D aerodynamic investigation is a preliminary evaluation. The results indicated that the curvy twin sail designs have improved lift, drag, and driving force coefficient compared to the wing sails. The spacing between the port and starboard sails of curvy twin sail was an important parameter. The spacing is 0.035 L, 0.07 L, and 0.14 L shows the lift coefficient reduction because of dramatically stall effect, while flow separation is improved with spacing is 0.21 L, 0.28 L, and 0.35 L. Significantly, the spacing 0.28 L shows the maximum high pressure at the lower area and the small low pressure area at leading edges. Therefore, the highest lift was generated.