In this study, roll lock-in phenomena of freely spinning tailfins were investigated by a CFD code. To analyze a motion of freely spinning tailfins, this research use a Chimera method, an Euler code and a 6 degrees of freedom analysis. The numerical results of aerodynamic characteristics and roll rates of a canard-controlled missile with freely spinning tailfins show a good agreement with wind tunnel test results. Using the roll rates calculation result of freely spinning tailfins, roll lock-in phenomena is confirmed. Roll lock-in phenomena and Roll lock-in states can be predicted through effects of the induced vortex of the canards control and the analysis of the rolling moments of tailfins due to the bank angle.
As regulations concerning ship vibration and noise are becoming stricter, considerable attention is being drawn to prediction technologies for ship vibration and noise. In particular, the resonance and lock-in phenomena caused by vortex-induced vibration (VIV) have become considerably important with increases in the speed and the size of ships and ocean structures, which are known to cause structural problems. This study extends the fluid-structure interaction (FSI) analysis method to predict resonances and lock-in phenomena of high modes and VIV of ship rudders. Numerical stability is secured in underwater conditions by implementing added mass, added damping, and added stiffness by applying the potential theory to structural analysis. An expanded governing equation is developed by implementing displacements and twist angles of high modes. The lock-in velocity range and resonant frequencies of ship rudders obtained using the developed FSI method agree well with the experimental results and the analytic solution. A comparison with local vibration guidelines published by Lloyd's Register shows that predictions of resonances and lock-in phenomena of high modes are necessary in the shipbuilding industry due to the possible risks like fatigue failure.
Vortex lock-on or resonance in the flow behind a circular cylinder is visualized by a time-resolved PIV when a single frequency oscillation is superimposed on the mean incident velocity. Measurements are made of the $K{\'{a}}rm{\'{a}}n$ vortices in the wake-transition regime at the Reynolds number 360. Basically, natural shedding state is observed to compare with lock-on state. Wake motion by the change of the shedding frequency of lock-on state is investigated. When lock-on occurs, the vortex shedding frequency is found to be half the oscillation frequency as expected from previous experiments. The physical flow phenomena of natural shedding and lock-on states are analyzed with physical parameters of recirculation and vortex formation region. Consequently, it is found that the change of wake bubble plays an important role in the flow at the lock-on state. Vortex formation region is also actively changed like recirculation region as the lock-on occurs. Therefore, it is deduced that the recirculation region is closely related with the vortex formation region.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.9
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pp.849-855
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2010
This paper investigated the roll lock-in phenomena of a canard-controlled missile with freely spinning tailfins by applying Falanga's roll-rate equation. To confirm and validate the accuracy of the results of the roll-rate and roll lock-in prediction for freely spinning tailfins, the results were compared with Blair's wind tunnel test data. For calculation of the roll-rate of freely spinning tailfins, rolling moment coefficients of the tailfins were obtained from the wind tunnel test data and roll-damping coefficients were calculated by missile DATCOM. The roll-rate and roll lock-in of the freely spinning tailfins were calculated by applying these values to the roll-rate equation for freely spinning tailfins. The calculation results showed good agreement with the wind tunnel test data, and the roll lock-in could be anticipated as well.
Park, Ji-Yong;Kim, Soo-Hyeon;Bae, Joong-Hun;Park, No-Ma;Yoo, Jung-Yul
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.9
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pp.780-789
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2007
Lock-on phenomenon in the wake of a circular cylinder is investigated at the Reynolds number of 360 using direct numerical simulation (DNS). To induce lock-on, a streamwise velocity perturbation with a frequency of twice the natural shedding frequency is superimposed on the free stream velocity. The Reynolds stress distributions are investigated to analyze the streamwise force balance acting on the recirculation region and the results are compared with the previous experimental result. When the lock-on occurs, the pressure force on the recirculation region is shown to increase mainly due to the reversal of the Reynolds shear stress distribution, which is consistent with our previous results using PIV measurement. It is also shown that, with the lock-on, the strength of the primary vortices increases whereas that of the secondary vortices decreases significantly. Further, under the lock-on condition the wavelength of the secondary vortices increases by as much as 2.5 times.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2004.11a
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pp.210-211
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2004
The effect of oscillating on the unsteady laminar flow past a circular cylinder is numerically investigated in the present study. Our study is to analyze the vortex formation behind a circular cylinder for different rotary oscillation conditions. And then we are study to portray the unsteady dynamics of wake flows. We decide lock-on region by observing the phase switching phenomena We classify the vortex formation patterns in the primary lock-on region The present study is to identify the quasi-periodic state around lock-on region. At the boundary between lock-on and non-lock-on the shedding frequency is bifurcated. After the bifurcation, one frequency follow the forcing frequency ($S_f$) and the other returns to the natural shedding frequency ($St_0$). In the quasi-periodic state, the variation of magnitudes and relevant phase changes of $C_L$ with forcing phase are examined.
The phase-lock technique is applied to a three-phase semi-bridge type battery charger system. Using an inner fast dynamic loop, the phase-locked voltage control (PLVC) technique of three-phase semi-bridge converter is proposed to give a frequency synchronism and to reduce the subharmonics due to the unbalance of transformer or power line. To protect the power devices, the two stage soft-start, function with softly locking the phase and softly increasing the current is presented. As limiting the reference voltage of the inner voltage control loop, muti-lock phenomena are removed on the PLVC loop. A current limit function is also proposed to limit the current of battery and converter. The proposed controller is confirmed through experiment results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.8
s.239
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pp.895-902
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2005
Lock-on characteristics of flow around a circular cylinder oscillating rotationally with a relatively high forcing frequency have been investigated experimentally. Dominant governing parameters are Reynolds number (Re), angular amplitude of oscillation (${\theta}_A$), and frequency ratio $F_R=f_f/f_n,\;where\;f_f$ is a forcing frequency and $f_n$ is a natural frequency of vortex shedding. Experiments were carried out under the conditions of $Re=4.14{\times}10^3,\;{\pi}/90{\leq}{\theta_A}{\leq}{\pi}/3,\;and\;F_R=1.0$. The effect of this active flow control technique on the lock-on flow characteristics of the cylinder wake was evaluated with wake velocity measurements and spectral analysis of hot-wire signals. The rotational oscillation modifies the flow structure of near wake significantly. The lock-on phenomenon always occurs at $F_R=1.0$, regardless of the angular amplitude ${\theta}_A$. In addition, when the angular amplitude is less than a certain value, the lock-on characteristics appear only at $F_R=1.0$,. The range of lock-on phenomena expands and vortex formation length is decreased, as the angular amplitude increases. The rotational oscillation create a small-scale vortex structure in the region just near the cylinder surface. At ${\theta}_A=60^{\circ}$, the drag coefficient was reduced about $43.7\%$ at maximum.
In this study, vortex induced vibrations of a cylinder mounted on a flexible rod are analyzed. This simple configuration represents the key element of new conception bladeless wind turbine (Whitlock 2015). In this study the structure oscillations equation coupled to the wake oscillation equation for this configuration are solved using analytical perturbation method, for the first time. An analytical expression that predicts the lock-in phenomena range of wind speed is derived. The discretized equations of motion are also solved using RKF45 numerical method. The equations of motion are discretized by Galerkin method. Free vibration mode shape of the structure taking into account the discontinuity of the cross section are used as comparison function. Numerical results are compared to the analytical results, and they show a satisfying agreement. The effect of system parameters on the oscillations of structure and wake as well as on the lock-in domain are presented. Moreover, it is shown that the values of wind speed triggering the start and the stop of the lock-in phenomenon, for increasing wind speed are different from those values obtained during the reverse process, i.e., when the wind speed decreases.
Park, Jong-Chun;Moon, Jin-Kuk;Chun, Ho-Hwan;Suh, Sung-Bu
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.4
s.142
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pp.368-378
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2005
The effects of rotary oscillation on the unsteady laminar flow past a circular cylinder. are numerically investigated in the present study. The numerical solutions for the 20 Wavier-Stokes equation are obtained using a finite volume method Tn the framework of an overlapping grid system. The vortex formation behind a circular cylinder and the hydrodynamics of wake flows for different rotary oscillation conditions are analyzed from the results of numerical simulation. The lock-on region is defined as the region that the natural shedding frequency due to the Karmann Vortex shedding and the forcing frequency due to the forced oscillating a cylinder are nearly same, and the quasi-periodic states are observed around that region. At the intersection between lock-on and non-lock-on region the shedding frequency is bifurcated. After the bifurcation, one frequency fellows the forcing frequency($S_f$) and the other returns to the natural shedding frequency($St_0$). in the quasi-periodic states, the variation of magnitudes and relevant phase changes of $C_L$ with forcing phase are examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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