This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.
Losses on the turbine consist of the mechanical loss, tip clearance loss, secondary flow loss and blade profile loss etc.,. More than 60 % of total losses on the turbine is generated by the two latter loss mechanisms. These losses are directly related with the reduction of turbine efficiency. In order to provide a new design methodology for reducing losses and increasing turbine efficiency, a two-dimensional axial-type turbine blade shape is modified by the optimization process with two-dimensional compressible flow analysis codes, which are validated by the experimental results on the VKI turbine blade. A turbine blade profile is selected at the mean radius of turbine rotor using on a heavy duty gas turbine, and optimized at the operating condition. Shape parameters, which are employed to change the blade shape, are applied as design variables in the optimization process. Aerodynamic, mechanical and geometric constraints are imposed to ensure that the optimized profile meets all engineering restrict conditions. The objective function is the pitchwise area averaged total pressure at the 30% axial chord downstream from the trailing edge. 13 design variables are chosen for blade shape modification. A 10.8 % reduction of total pressure loss on the turbine rotor is achieved by this process, which is same as a more than 1% total-to-total efficiency increase. The computed results are compared with those using 11 design variables, and show that optimized results depend heavily on the accuracy of blade design.
The characteristics of tip vortex within a blade tip region were examined experimentally in various flow coefficients by the way of changing tip clearance and blade stagger angle in an axial Low Speed Research Compressor(LSRC). The objective was to identify the unsteady pressure distribution in the blade passage by ensemble average technique acquired from high-frequency response pressure transducers and the tip vortex by root mean square value(RMS value). Data were reduced statistically using phase-lock technique for detailed pressure distributions.
Using the soil bin systems, this study was carried out to investigate the tilling load characteristic for the three kinds of Japanese rotary blade and the possibility of common use for power tiller and tractor rotary. The results obtained from the study are summarized as follows : 1. At all tested soils. the average and maximum tilling torque of all tested blades increased as the tillage pitch did. 2. The torque requirements of newly designed and produced blade was less than that of blade which has been used on power tiller and tractor rotary. 3. The maximum tilling torque of new ONE were decreased 7%, 10~11%, 27% in comparing with another blades at clay loam, loam and sandy loam, respectively. 4. According to observation of the extent of soil adhesion on blade and the contact aspect of blade, new ONE is the most excellent of all tested rotary blades and till smoothly not to compress the untilled soil. From the results of this study. the newly developed blade(new ONE) proved to be good tilling load performance and had a conclusion that it is possible to use it on power tiller and tractor rotary in common.
The output power of turbine is greatly affected by the losses generated within the passage. In order to develop a better turbine or loss models, an experimental study was conducted using a linear cascade experimental apparatus. The total pressure loss and flow structures were measured at two cross-sectional planes located downstream of blade row. Measurement was conducted in a steady state for the several different locations of the blade row along the rotational direction. The blade row moved by 20 % of the pitch, and tip clearance was varied from 2% to 8%. Axial-type blades were used and its blade chord was 200mm. A square nozzle was applied and its size was $200mm{\times}200mm$. The experiment was conducted at a Reynolds number of $3{\times}10^5$ based on the chord. Nozzle flow angle sets to $65^{\circ}$ based on the axial direction and the solidity of blade row was 1.38. From the experimental results, the total pressure loss was greatly varied in the receding region than in the entering region. The flow properties within the blade passage were strongly changed according to the location of blade row.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.3
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pp.263-268
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2011
We aimed to develop a non-clogging submersible slurry pump with two blades to replace the conventional vortex pump. To do this, we simulated the effect of parameters such as the blade angle $\beta$ and the blade-length angle $\alpha$ on pump efficiency. We used the commercial codes ANSYS CFX and BladeGen. The results showed that the best blade shape was obtained for $\beta$ = $30^{\circ}$ and that the pump efficiency was proportional to $\alpha$ in the simulated range.
Regarding the aircrafts with a rotor blade system, the miniaturization of them is limited due to the rotor blade length and the tail rotor system. To miniaturize an aircraft, an equipment is required that increases thrust and also shortens the length of the rotor blade. The present study will conduct the flow analysis for miniaturizing the aircraft by applying a duct to the coaxial rotor blade system without tail rotor. First, the verification on the calculated results was conducted through the computational flow analysis on the coaxial rotor blade system without a duct. Then, the flow analysis for the coaxial rotor blade systems was performed including Ka-60 duct, Single duct, Twin duct, and Double duct, respectively. From the numerical results, the thrust coefficient appeared higher with the duct than without a duct for the coaxial rotor blade system. Especially, in the case of Double duct, the thrust was improved due to the increase of incoming flow and the extension of the wake area. These results will be used as the basic concepts for miniaturizing the aircraft with the rotor blade system. The flow analysis on the coaxial rotor blade system including the fuselage remains as a future work.
Loh, Chin-Hsiung;Huang, Yu-Ting;Hsiung, Wan-Ying;Yang, Yuan-Sen;Loh, Kenneth J.
Wind and Structures
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v.21
no.6
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pp.677-691
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2015
In this study, the geometrical setup of a turbine blade is tracked. A research-scale rotating turbine blade system is setup with a single 3-axes accelerometer mounted on one of the blades. The turbine system is rotated by a controlled motor. The tilt and rolling angles of the rotating blade under operating conditions are determined from the response measurement of the single accelerometer. Data acquisition is achieved using a prototype wireless sensing system. First, the Rodrigues' rotation formula and an optimization algorithm are used to track the blade rolling angle and pitching angles of the turbine blade system. In addition, the blade flapwise natural frequency is identified by removing the rotation-related response induced by gravity and centrifuge force. To verify the result of calculations, a covariance-driven stochastic subspace identification method (SSI-COV) is applied to the vibration measurements of the blades to determine the system natural frequencies. It is thus proven that by using a single sensor and through a series of coordinate transformations and the Rodrigues' rotation formula, the geometrical setup of the blade can be tracked and the blade flapwise vibration frequency can be determined successfully.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.10
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pp.974-984
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2012
This research introduces a new method to attenuate flip-over vibration generation in the flat blade windshield wiper by adjusting the contact pressure between the windshield glass and the blade. The knocking force in the flip-over action of the blade is decreased by inducing gradual tilting-over along the rubber strip of the blade. This gradual tilting-over is induced by introducing a non-uniform contact pressure distribution between the blade and windshield glass. The contact pressure distribution is adjusted by controlling the unloaded profile of the body spring in the blade using a procedure proposed in a previous study. Two blades, one blade designed to generate a uniform pressure distribution and the other designed to generate non-uniform pressure distribution, are developed using the procedure. Contact pressure distributions of the developed blades are measured using a special device and compared with the intended distributions confirming the similarities between the two groups. Vertical and lateral vibrations of the two blades are measured under realistic operating condition simulated by a wiper test rig. The vertical vibrations of the blade with non-uniform contact pressure are substantially smaller than corresponding vibrations of the blade with uniform contact pressure over the entire rubber strip.
Purpose: The most important element of an agricultural helicopter is the rotor blade realizing lift force. In order to improve the performance of the rotor blades, two types (KA152313 and KB203611) of airfoils were designed and compared. Methods: The nose shape of the KB203611 airfoil was 'drooped' and 'sharp' compared to the leading edge of the KA152313 airfoil. The performance of the experimental airfoils was simulated using CFD-ACE program, and lifts were measured in situ using the 'AgroHeli-4G', a prototype helicopter. Results: Simulated lifts of the blade with the KA152313 airfoil showed proper values for a wide range of angles of attack between $14^{\circ}{\sim}18^{\circ}$, while the simulated lift of the KB203611 blade exhibited maximum values near $13^{\circ}{\sim}14^{\circ}$. In the lift measurements, the range of operable angles of attack was a collective pitch angle at the grip (GP) of $12^{\circ}{\sim}18^{\circ}$ for the KA152313 blade. On the other hand, the range of angles of attack for the KB203611 blade was a GP of $12^{\circ}{\sim}14^{\circ}$. Conclusions: The blade of KA152313 performed well over a wide range of AoAs and the blade of KB203611 performed better at low AoAs. In this study, a variative airfoil blade, gradually emerging from grip to tip using the two different airfoils, was suggested.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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