Aeroelastic phenomena of a wind turbine include stall-induced vibrations and classical flutters. The classical flutter occurs due to coalescence between bending mode and torsion mode. It is typically the aeroelastic instability of an aircraft wing. Different from the classical flutter, the stall-induced vibration is the instability in lead-lag mode due to negative aerodynamic dampings. In the present study, the three degree of freedom aeroelastic model of a wind turbine blade is introduced to characterize and analyze its aeroelastic phenomena. The numerical results show that the aeroelastic stability of flap-lag motion is more unstable than that of flap-pitch motion and the aeroelastic characteristics of lead-lag motion can become unstable as wind speed increases.
The performances of lifting surfaces are particularly critical in specific flight conditions like takeoff and landing. Different systems can be used to increase the lift and drag coefficients in such conditions like slat, flap or ailerons. Nevertheless they increase the losses and make difficult the mechanical design of wing structures. Morphing surfaces are a compromise between a right increase in lift and a reduction of parts movements involved in the actuation. Furthermore these systems are suitable for more than one flight condition with low inertia problems. So, flap and slats can be easily substituted by the corresponding morphing shapes. This paper deals with a genetic optimization of an airfoil with morphing flap with an already optimized nose. Indeed, two different codes are used to solve the equations, a finite volume code suitable for structured grids named ZEN and the EulerBoundary Layer Drela's code MSES. First a number of different preliminary design tests were done considering a specific set of design variables in order to restrict the design region. Then a RANS optimization with a single design point related to the take-off flight condition has been carried out in order to refine the previous design. Results are shown using the characteristic curves of the best and of the baseline reported to outline the computed performances enhancements. They reveal how the contemporary use of a morphing acting on the nose of the main component and the trailing edge of the flap drive towards a total not negligible increment in lift.
This study developed a morphing technology applicable to unmanned aerial vehicles (UAVs) with diverse flight characteristics. Existing morphing technologies require additional mechanisms and driving devices, posing challenges in constructing features such as ribs and spars within the wing structure, leading to structural instability. To address this, we developed a Variable-Camber and Variable-Chord (VCC) morphing flap that could maintains a continuously transforming surface during deformation, altering both camber shape and chord length simultaneously. Furthermore, we conducted design and fabrication of UAV wings incorporating these morphing flaps, ensuring structural stability by developing specialized shapes. Furthermore, structural experiments were conducted to simulate flight loads, followed by actual flight tests to validate performances of both morphing mechanism and wings. Finally, wind tunnel tests were conducted to compare results with aerodynamic analysis, confirming the effective applicability of this morphing technology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.6
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pp.609-617
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2014
Even though the variable pitch control of a wind turbine blade is known as an effective component for power control over the rated wind speed, it has limited applicability to small wind turbines because of its relatively high cost on the price of small wind turbine. Instead, stall control is generally applied in the blade design without any additional cost. However, stall delay can frequently be caused by high turbulence around the turbine blade, and it can produce control failures through excessive rotational speed and overpowering the electrical generator. Therefore, a passive pitch control module should be considered, where the pitch moves with the aerodynamic forces of the blade and returns by the elastic restoring force. In this study, a method to calculate the pitch moment, torque, and thrust based on the lift and drag of the rotating blade wing was demonstrated, and several effective wing shapes were reviewed based on these forces. Their characteristics will be estimated with variable wind speed and be utilized as basic data for the design of the passive pitch control module.
In this study an analysis on flight characteristics and flight control methods for a wing in ground effect vehicle is made. In order to closely view its nonlinearity a few limit cycles are examined and related to the characteristics of the linearized systems. Several flight control methods are compared for the cruise mode with initial height error and command tracking mode of ascending, cruise, and descending. In comparison performance and the implementation aspects are examined. For the possible control inputs, combinations of elevator, thrust, and flap are considered and LQR-based output command tracking scheme is applied in the control system design.
An, Sang-Joon;Kim, Young-Dae;Maeng, Joo-Sung;Han, Cheol-Heui
Proceedings of the KSME Conference
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2007.05a
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pp.415-420
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2007
Creatures in nature flap their wings to generate fluid dynamic forces that are required for the locomotion. Small-size creatures do not use flapping wings. Thus, it is questionable at which Reynolds number the propulsion using the flapping wings are effective. In this paper, the onset conditions of the thrust generation from the combined motion of flat plates (heaving, pitching in the motion and also tandem, biplane in the array) is investigated using a Lattice Boltzmann method. To solve the pitching motion of the plate on the regularly spaced lattices, 2-D moving boundary condition was implemented. The present method is validated by comparing the wake patterns behind a oscillating circular cylinder and its hydrodynamic characteristics with the CFD results. Present method can be applied to the design of micro flapping propulsors for biomedical use.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.17
no.4
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pp.430-435
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2014
This paper presents the case study of the airworthiness certification for the flight control system of tactical UAV. Airworthiness regulations for flight characteristics and design and construction based on the STANAG 4671 are selected, and safety assessment is performed. Stall protection on wing level and turning flight criteria, and flap interconnection system failures were analyzed and applied to the flight control system design. The Hardware-in-the-loop simulation including math model, integrated system verification and validation test and failure mode and effects test were also performed and they are used to validate the means of compliance of the proposed airworthiness.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.1
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pp.55-65
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2017
Underwater torpedo has control fin with very low aspect ratio due to launching from limited size of cylindrical torpedo tube. If the aspect ratio of control fin of underwater vehicle is very low three-dimensional flow around control fin largely reduces control forces. In this study, the end plate was applied to reduce the three-dimensional flow effects of partially movable control fin of underwater vehicle. Through numerical simulations the flow field around control fin was examined with and without end plate for different flap angles. The pressure, vorticity, lift and torque on the control fin were analyzed and compared to experiments. The comparison have shown a reasonable agreement between numerical and experimental results and the effect of end plate on a low aspect ratio control fin. When the end plate was attached to the movable control fin, the lift increased and the actuator shaft torque did not significantly change. As this means less consumption of the actuator shaft torque compared to the control fin that has the same control force, the inner actuator capacity can be reduced and energy consumption can be saved. Considering this, it is expected to be effectively applied to the control fin design of underwater vehicles such as torpedoes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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