Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.10
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pp.868-874
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2007
Noises from the helicopter rotor model are calculated numerically at various pitch angles. The aerodynamic data are calculated by using prescribed wake model and unsteady panel method. The distribution of aerodynamic loads on the blade surface are obtained from $0^{\circ}$ to $9^{\circ}$ pitch angles with equiangular increments of $1.5^{\circ}$. Although thickness noise is not related to the change of pitch angles, loading noise level increases about 3~4dBA every $1.5^{\circ}$ increment of pitch angle. The additive noise level shows sufficient value to perceive the loudness. From the result of directivity pattern the sound level at the lower region of the blade disc plane is higher than that of the upper region.
Wake-induced aerodynamics of yawed circular cylinders with smooth and grooved surfaces in a tandem arrangement was studied. This pair of cylinders represent sections of stay-cables with smooth surfaces and high-voltage power conductors with grooved surfaces that are vulnerable to flow-induced structural failure. The study provides some insight for a better understanding of wake-induced loads and galloping problem of bundled cables. All experiments in this study were conducted using a pair of stationary section models of circular cylinders in a wind tunnel subjected to uniform and smooth flow. The aerodynamic force coefficients and vortex-shedding frequency of the downstream model were extracted from the surface pressure distribution. For measurement, polished aluminum tubes were used as smooth cables; and hollow tubes with a helically grooved surface were used as power conductors. The aerodynamic properties of the downstream model were captured at wind speeds of about 6-23 m/s (Reynolds number of 5×104 to 2.67×105 for smooth cable and 2×104 to 1.01×105 for grooved cable) and yaw angles ranging from 0° to 45° while the upstream model was fixed at the various spacing between the two model cylinders. The results showed that the Strouhal number of yawed cable is less than the non-yawed case at a given Reynolds number, and its value is smaller than the Strouhal number of a single cable. Additionally, compared to the single smooth cable, it was observed that there was a reduction of drag coefficient of the downstream model, but no change in a drag coefficient of the downstream grooved case in the range of Reynolds number in this study.
Investigations on simulated near-surface atmospheric boundary layer (ABL) in an open-jet facility are carried out by conducting experimental tests on small-scale models of low-rise buildings. The objectives of the current study are: (1) to determine the optimal location of test buildings from the exit of the open-jet facility, and (2) to investigate the scale effect on the aerodynamic pressure characteristics. Based on the results, the newly built open-jet facility is well capable of producing mean wind speed and turbulence profiles representing open-terrain conditions. The results show that the proximity of the test model to the open-jet governs the length of the separation bubble as well as the peak roof pressures. However, test models placed at a horizontal distance of 2.5H (H is height of the wind field) from the exit of the open-jet, with a width that is half the width of the wind field and a length of 1H, have consistent mean and peak pressure coefficients when compared with available results from wind tunnel testing. In addition, testing models with as large as 16% blockage ratio is feasible within the open-jet facility. This reveals the importance of open-jet facilities as a robust tool to alleviate the scale restrictions involved in physical investigations of flow pattern around civil engineering structures. The results and findings of this study are useful for putting forward recommendations and guidelines for testing protocols at open-jet facilities, eventually helping the progress of enhanced standard provisions on the design of low-rise buildings for wind.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.942-944
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2017
High-speed vehicles are subjected to complex loads, such as acoustic pressure from the engine at launch and aerodynamic heating and aerodynamic pressure during flight. A thermal protection system panel is required to protect internal systems such as the fuel tank of the vehicle from the external environment. This study defines analytical models for heat transfer and thermal structure characteristics of the thermal protection system panel. Furthermore, the study performed parameters analysis to achieve the thermal structural integrity and to make it lighter.
The impact of spar-nacelle-blade coupling on edgewise dynamic responses of spar-type floating wind turbines (S-FOWT) is investigated in this paper. Currently, this coupling is not considered explicitly by researchers. First of all, a coupled model of edgewise vibration of the S-FOWT considering the aerodynamic properties of the blade, variable mass and stiffness per unit length, gravity, the interactions among the blades, nacelle, spar and mooring system, the hydrodynamic effects, the restoring moment and the buoyancy force is proposed. The aerodynamic loads are combined of a steady wind (including the wind shear) and turbulence. Each blade is modeled as a cantilever beam vibrating in its fundamental mode. The mooring cables are modeled using an extended quasi-static method. The hydrodynamic effects calculated by using Morison's equation and strip theory consist of added mass, fluid inertia and viscous drag forces. The random sea state is simulated by superimposing a number of linear regular waves. The model shows that the vibration of the blades, nacelle, tower, and spar are coupled in all degrees of freedom and in all inertial, dissipative and elastic components. An uncoupled model of the S-FOWT is then formulated in which the blades and the nacelle are not coupled with the spar vibration. A 5MW S-FOWT is analyzed by using the two proposed models. In the no-wave sea, the coupling is found to contribute to spar responses only. When the wave loading is considered, the coupling is significant for the responses of both the nacelle and the spar.
Khalil, Khalid;Khan, Huzafa;Chahar, Divyansh;Townsend, Jamie F.;Rana, Zeeshan A.
Wind and Structures
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v.34
no.6
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pp.483-497
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2022
Three-dimensional (3D) computational fluid dynamics (CFD) analysis of flow around a hipped-roof building representative of UK inland conditions are conducted. Unsteady simulations are performed using three variations of the k-ϵ RANS turbulence model namely, the Standard, Realizable, and RNG models, and their predictive capability is measured against current European building standards. External pressure coefficients and wind loading are found through the BS 6399-2:1997 standard (obsolete) and the current European standards (BS EN 1991-1-4:2005 and A1:20101). The current European standard provides a more conservative wind loading estimate compared to its predecessor and the k-ϵ RNG model falls within 15% of the value predicted by the current standard. Surface shear stream-traces and Q-criterion were used to analyze the flow physics for each model. The RNG model predicts immediate flow separation leading to the creation of vortical structures on the hipped-roof along with a larger separation region. It is observed that the Realizable model predicts the side vortex to be a result of both the horseshoe vortex and the flow deflected off it. These model-specific aerodynamic features present the most disparity between building standards at leeward roof locations. Finally, pedestrian comfort and safety criteria are studied where the k-ϵ Standard model predicts the most ideal pedestrian conditions and the Realizable model yields the most conservative levels.
The analysis of nonlinear vibrations, buckling, post-buckling, flutter boundary determination and post-flutter behavior of a homogeneous curved plate assuming cylindrical bending is conducted in this article. Other assumptions include simply-supported boundary conditions, supersonic aerodynamic flow at the top of the plate, constant pressure conditions below the plate, non-viscous flow model (using first- and third-order piston theory), nonlinear structural model with large deformations, and application of mechanical and thermal loads on the curved plate. The analysis is performed with constant environmental indicators (flow density, heat, Reynolds number and Mach number). The material properties (i.e., coefficient of thermal expansion and modulus of elasticity) are temperature-dependent. The equations are derived using the principle of virtual displacement. Furthermore, based on the definitions of virtual work, the potential and kinetic energy of the final relations in the integral form, and the governing nonlinear differential equations are obtained after fractional integration. This problem is solved using two approaches. The frequency analysis and flutter are studied in the first approach by transferring the handle of ordinary differential equations to the state space, calculating the system Jacobin matrix and analyzing the eigenvalue to determine the instability conditions. The second approach discusses the nonlinear frequency analysis and nonlinear flutter using the semi-analytical solution of governing differential equations based on the weighted residual method. The partial differential equations are converted to ordinary differential equations, after which they are solved based on the Runge-Kutta fourth- and fifth-order methods. The comparison between the results of frequency and flutter analysis of curved plate is linearly and nonlinearly performed for the first time. The results show that the plate curvature has a profound impact on the instability boundary of the plate under supersonic aerodynamic loading. The flutter boundary decreases with growing thermal load and increases with growing curvature.
Jin-Yong Yang;Hyeok-Jin Lee;Min-Je Kang;Eunmin Kim;Rho-Shin Myong;Hakjin Lee
Journal of Aerospace System Engineering
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v.17
no.2
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pp.26-37
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2023
Urban air mobility (UAM) is being developed as part of the next-generation aircraft, which could be a viable solution to entrenched problems of urban traffic congestion and environmental pollution. A new airport platform called vertiport as a space where UAM can take off and land vertically is also being introduced. Noise regulations for UAM will be strict due to its operation in a highly populated urban area. Ground effects caused by vertiport can directly affect aerodynamic forces and noise characteristics of UAM. In this study, ground effects of vertiport on aerodynamic loads, vorticity field, and far-field noise were analyzed using Lattice-Boltzmann Method (LBM) simulation and Ffowcs Williams and Hawkings (FW-H) acoustic analogy with a permeable surface method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.3
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pp.23-30
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2003
In this study, the various load cases by specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade was performed using the finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable configuration of blade structure was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable for all the considerd load cases. Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design loads and also the fatigue loads. The fatigue life for operating more than 20 years was estimated by using the well-known S-N linear damage rule, the load spectrum and Spera's empirical equations. The full-scale static test was performed under the simulated aerodynamic loads. from the experimental results, it was found that the designed blade had the structural integrity. Furthermore the measured results were agreed with the analytical results such as deflections, strains, the mass and the radial center of gravity. The studied blade was successfully certified by an international institute, GL, of Germany.
Ke, S.T.;Du, L.Y.;Ge, Y.J.;Yang, Q.;Wang, H.;Tamura, Y.
Wind and Structures
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v.27
no.1
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pp.11-27
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2018
The straight-cone steel cooling tower is a novel type of structure, which has a distinct aerodynamic distribution on the internal surface of the tower cylinder compared with conventional hyperbolic concrete cooling towers. Especially in the extreme weather conditions of strong wind and heavy rain, heavy rain also has a direct impact on aerodynamic force on the internal surface and changes the turbulence effect of pulsating wind, but existing studies mainly focus on the impact effect brought by wind-driven rain to structure surface. In addition, for the indirect air cooled cooling tower, different additional ventilation rate of shutters produces a considerable interference to air movement inside the tower and also to the action mechanism of loads. To solve the problem, a straight-cone steel cooling towerstanding 189 m high and currently being constructed is taken as the research object in this study. The algorithm for two-way coupling between wind and rain is adopted. Simulation of wind field and raindrops is performed with continuous phase and discrete phase models, respectively, under the general principles of computational fluid dynamics (CFD). Firstly, the rule of influence of 9 combinations of wind sped and rainfall intensity on flow field mechanism, the volume of wind-driven rain, additional action force of raindrops and equivalent internal pressure coefficient of the tower cylinder is analyzed. On this basis, the internal pressures of the cooling tower under the most unfavorable working condition are compared between four ventilation rates of shutters (0%, 15%, 30% and 100%). The results show that the 3D effect of equivalent internal pressure coefficient is the most significant when considering two-way coupling between wind and rain. Additional load imposed by raindrops on the internal surface of the tower accounts for an extremely small proportion of total wind load, the maximum being only 0.245%. This occurs under the combination of 20 m/s wind velocity and 200 mm/h rainfall intensity. Ventilation rate of shutters not only changes the air movement inside the tower, but also affects the accumulated amount and distribution of raindrops on the internal surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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