Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.2
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pp.84-91
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2005
For long time, the takeoff and landing control of airship was worked by human handling. With the development of the autonomous control system, the exact controls during the takeoff and landing were required and lots of methods and algorithms were suggested. This paper presents the result of airship take-off and landing by buoyancy control using air ballonet volume change and performance control of pitch angle for stable flight within the desired altitude. For the complexity of airship's dynamics, firstly, simple PID controller was applied. Due to the various atmospheric conditions, this controller didn't give satisfactory results. Therefore, new control method was designed to reduce rapidly the error between designed trajectory and actual trajectory by learning algorithm using an artificial neural network. Generally, ANN has various weaknesses such as large training time, selection of neuron and hidden layer numbers required to deal with complex problem. To overcome these drawbacks, in this paper, the RBFN (radial basis function network) controller developed. The weight value of RBFN is acquired by learning which to reduce the error between desired input output through and airship dynamics to impress the disturbance. As a result of simulation, the controller using the RBFN is superior to PID controller which maximum error is 15M.
As a Lagrangian particle method, Moving Particle Semi-implicit (MPS) method has great capability to capture interface/surface. In recent years, the multiphase flow simulation using MPS method has become one of the important directions of its developments. In this study, some key methods for multiphase flow have been introduced. The interface tension model in multiphase flow is modified to maintain the smooth of the interface and suitable for the three-phase flow. The mass transfer at immiscible liquid interface entrained by single bubble which could occur in Molten Core-Concrete Interaction (MCCI) has been investigated using this particle method. With the increase of bubble size, the height of entrainment column also increases, but the time of film rupture is slightly different. With the increase of density ratio between the two liquids, the height of entrained column decreases significantly due to the decreasing buoyancy of the denser liquid in the lighter liquid. In addition, the larger the interface tension coefficient is, the more rapidly the entrained denser liquid falls. This study validates that the MPS method has shown great performance for multiphase flow simulation. Besides, the influence of physical parameters on the mass transfer at immiscible interface has also been investigated in this study.
This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-developed SMEP(Smoke Movement Estimating Program) code to the simulation of fire induced flows in the two types of atrium space containing a ceiling heat flux. The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k- epsilon turbulence model with buoyancy term. Compressibility is assumed and the perfect gas law is used. The results of the calculated upper-layer average temperature and smoke layer interface height has shown reasonable agreement compared with the zone models. The zone models used are the CFAST developed at the Building and Fire Research Laboratory NIST U.S.A. and the NBTC one-room of FIRECALC developed at CSIRO, Australia. The smoke layer interface heights that are important in fire safety were not as sensitive as the smoke layer temperature to the nature of ceiling heat flux condition.
This paper describes the smoke filling process of a fire field model based on a self-developed SMEP (Smoke Movement Estimating Program) codo to the simulation of fire induced flows in the atrium space (SIVANS atrium at Japan) containing smoke radiation effect. The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k-$\varepsilon$ turbulence model with buoyancy term. Also it solves the radiation equation using the discrete ordinates method. The result of the calculated smoke temperature containing radiation effect has shown a better prediction than the result calculated by only convection effect in comparison with the experimental data. This seems to come from the radiation effect of $H_2$O and $CO_2$ gas under smoke productions. Thus, the consideration of the radiation effect under smoke in fire should be necessary in order to get more realistic result. Also the numerical results indicated that the smoke layer is developing at a rate of about 0.1 m/s. It would take about 450 seconds after starting the ultra fast fire of 560 kW that the smoke layer move down to 1.5m above the escape level.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.57
no.2
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pp.88-95
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2020
There have been many attempts to predict resistance of vessels in ice floe environment, but they mostly have both strong and weak points at the same time; for instance, simplified formulas are very fast but less flexible to types of ship and ice conditions and other numerical techniques need high computing cost for increased accuracy. A new numerical simulation technique of combining explicit finite element analysis code with a user-subroutine to control real-time forces acting on ice floes was proposed, thereby it was possible to predict ship-to-ice floe resistance with higher convenience and accuracy than other proposed approaches. The basic theory on how real-time hydrostatic and hydrodynamic forces acting on ice floes could be generated using user-subroutine was explained. The heave motion of a single ice floe was simulated using the user-subroutine and the motion amplitudes and periods were almost consistent with analytic values. Towing tests of an icebreaker model ship were simulated using explicit finite element analyses with the user-subroutine. The ice-induced resistance obtained from the towing experiments and simulations showed significant differences. Intentional increase of the drag coefficient to increase the contact duration between the ice floes and rigid model ship leaded the total resistance to be substantially consistent between the model tests and numerical simulations.
This paper describes the smoke movement of a fire field model based on a self-developed SMEP(Smoke Movement Estimating Program) code to the simulation of fire induced flows in the two types of compartment space containing the radiation effect under smoke movement in room fire. The SMEP using PISO algorithm solves conservation equations for mass, momentum, energy and species, together with those for the modified k-$\varepsilon $ turbulence model with buoyancy term. Also it solves the radiation equation using the discrete ordinates method. The result of the calculated smoke temperature containing radiation effect has shown reasonable agreement compared with the experimental data. On the other hand, a difference of a lot was found between the temperature predicted by the SMEP with only convection effect and obtained by the experimental result. This seems to come from the radiation effect of $H_2$O and $CO_2$ gas under smoke productions. Thus, the consideration of the radiation effect under smoke in fire may be necessary in order to produce more realistic result.
Thermal behavior of soils is mainly focused on thermal conduction, and the study of natural convection is very limited. Increase of soil temperature causes natural convection due to buoyancy from density change of pore water. The limitations of the analysis using fluid dynamics for natural convection in the porous media is discussed and a new numerical analysis is presented for natural convection in porous media using THM governing equations fully coupled in the macroscopic view. Numerical experiments for thermal probe show increase in the uncertainty of thermal conductivity estimated without considering natural convection, and suggest appropriate experimental procedures to minimize errors between analytical model and numerical results. Burial of submarine power cable should not exceed the temperature changes of $2^{\circ}C$ at the depth of 0.2 m under the seabed, but numerical analysis for high permeable ground exceeds this criterion. Temperature and THM properties of the seafloor are important design factors for the burial of power cable, and in this case effects of natural convection should be considered. Especially, in the presence of heat sources in soils with high permeability, natural convection due to the variation of density of pore water should be considered as an important heat transfer mechanism.
In this study, the numerical code for the 3D nonlinear dynamic analysis of an SLWR (Steel Lazy Wave Riser) was developed using the lumped mass line model in a FORTRAN environment. Because the lumped mass line model is an explicit method, there is no matrix operation. Thus, the numerical algorithm is simple and fast. In the lumped mass line model, the equations of motion for the riser were derived by applying the various forces acting on each node of the line. The applied forces at the node of the riser consisted of the tension, shear force due to the bending moment, gravitational force, buoyancy force, riser/ground contact force, and hydrodynamic force based on the Morison equation. Time integration was carried out using a Runge-Kutta fourth-order method, which is known to be stable and accurate. To validate the accuracy of the developed numerical code, simulations using the commercial software OrcaFlex were carried out simultaneously and compared with the results of the developed numerical code. To understand the nonlinear dynamic characteristics of an SLWR, dynamic simulations of SLWRs excited at the hang-off point and of SLWRs in regular waves were carried out. From the results of these dynamic simulations, the displacements at the maximum bending moments at important points of the design, like the hang-off point, sagging point, hogging points, and touch-down point, were observed and analyzed.
Kwon, Yong-Ju;Nam, Bo Woo;Kim, Nam Woo;Won, Young-Uk;Park, In-Bo;Kim, Sea-Moon
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.3
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pp.214-221
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2019
A series of model tests was performed to evaluate the survivability of an articulated tower-type buoy structure under harsh environmental conditions. The buoy structure consisted of three long pipes, a buoyancy module, and top equipment. The scale model was made of acrylic pipe and plastic with a scale ratio of 1/22. The experiments were carried out at the ocean engineering basin of KRISO. The performance of the buoy structure was investigated under waves only and under combined environmental conditions from sea state (SS) 5 to 7. A nonlinear time-domain numerical simulation was conducted using the mooring analysis program OrcaFlex. The survivability of the buoy was analyzed based on three factors: the pitch motion, submergence of the top structure, and anchor reaction force. The model test results were directly compared to the results of numerical simulations. The effects of the sea state and combined environment on the performance of the buoy structure were investigated.
In this paper, unmanned underwater glider was designed for high-depth operation and adopted a bladder-type buoyancy controller for improving battery efficiency, and the motion controller controls the pitch angle by moving the internal mass battery. To improve the energy efficiency of the unmanned underwater glider, a layered PID controller that performs control by section was designed. Simulation program including 6-DOF motion equations and hydrodynamics coefficients of an unmanned underwater glider is constructed using Matlab/Simulink program. Control methods such as PID controller, sliding mode controller and layered PID controller were applied to the simulator to compare the dynamics performance and energy efficiency. As a result, the layered PID controller showed improved control performance compared to other controllers and improved energy efficiency of approximately 7.2% compared to PID controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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