Results of theoretical investigations of the stability characteristics of externally pressurized air journal bearing, of which bearing is synchronously vibrate with respect to rotor, are presented. Linearized perturbation method is used to get the dynamic coefficients of air bearing, and the Routh-Hurwitz criterion is used to obtain stability map. The stability characteristics operating at zero steady-state eccentricity is investigated of various phase difference of bearing to rotor. It is shown that stability of air bearing is greatly influenced by synchronous motion of bearing, there exists optimum phase difference which gives maximum stability threshold.
A suboptimal output feedback controller is designed and applied to a flexible rotor bearing system in order to control the unstable or lilghtly damped vibrations. The reduced order model is the truncated modal equation of the distributed parameter system obtained through the singular perturbation. The instability problem arising from the spillover effects caused by the uncontrolled high frequency modes is prevented through the constrained optimization by incorporating the spillover term into the performance index. The efficiency of the proposed method is demonstrated experimentally with a flexible rotor by using a magnetic bearing.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.06a
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pp.212-217
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2001
This paper presents the stability characteristics of a rotor-bearing system supported by actively controlled hydrodynamic journal bearing. The proportional and derivative controls including coupled motion are adopted for the control algorithm to control the hydrodynamic journal bearing with a circumferentially groove. Also, the cavitation algorithm implementing the Jakobsson-Floberg-Olsson boundary condition is adopted to predict cavitation regions in the fluid film more accurately than conventional analysis which uses the Reynolds condition. The stability characteristics are investigated with the Routh-Hurwitz criteria using the linear dynamic coefficients which are obtained from the perturbation method. The stability characteristics of the rotor-bearing system supported by active controlled hydrodynamic journal bearing are investigated for various control gain. It is found that the speed at onset of instability is increased for both proportional and derivative control of the bearing, and the proportional and derivative control of coupled motion is more effective than proportional and derivative control of uncoupled motion.
The simplest method which has been used extensively for vibration analysis is the transfer matrix method introduced by Myklestad and was later extended by many researchers. The crude approximation results in considerable error on the predicted natural frequencies and to increase the accuracy the number of elements used in the analysis must be increased. In addition, numerical instability can occur as a result of matrix multiplication. Also the main disadvantage of the finite element method is the large computer memory requirements for complex systems. The new method proposed in this paper combines the transfer matrix and finite dynamic element techniques to form a powerful algorithm for vibration analysis of rotor system. It is shown that the accuracy improves significantly when the transfer matrix for each segment is obtained from finite dynamic element techniques.
Bergeot, Baptiste;Bellizzi, Sergio;Cochelin, Bruno
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.3
no.3
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pp.271-298
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2016
In this paper, we study a problem of passive suppression of helicopter Ground Resonance (GR) using a single degree freedom Nonlinear Energy Sink (NES), GR is a dynamic instability involving the coupling of the blades motion in the rotational plane (i.e. the lag motion) and the helicopter fuselage motion. A reduced linear system reproducing GR instability is used. It is obtained using successively Coleman transformation and binormal transformation. The analysis of the steadystate responses of this model is performed when a NES is attached on the helicopter fuselage. The NES involves an essential cubic restoring force and a linear damping force. The analysis is achieved applying complexification-averaging method. The resulting slow-flow model is finally analyzed using multiple scale approach. Four steady-state responses corresponding to complete suppression, partial suppression through strongly modulated response, partial suppression through periodic response and no suppression of the GR are highlighted. An algorithm based on simple criterions is developed to predict these steady-state response regimes. Numerical simulations of the complete system confirm this analysis of the slow-flow dynamics. A parametric analysis of the influence of the NES damping coefficient and the rotor speed on the response regime is finally proposed.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.5
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pp.475-486
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2016
Four-rotor dish-shaped unmanned underwater vehicles (FRDS UUVs) are new type underwater vehicles. The main goal of this paper is to develop a quick method to optimize the design of hydraulic support landing platform for the new UUV. In this paper, the geometry configuration and instability type of the platform are defined. Computational investigations are carried out to study the hydrodynamic performance of the landing platform using the Computational Fluid Dynamics (CFD) method. Then, the response surface model of the optimization objective is established. The intelligent particle swarm optimization (PSO) is applied to finding the optimal solution. The result demonstrates that the stability of landing platform is significantly improved with the global objective index increasing from 1.045 to 1.158 (10.86% higher) after the optimization process.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.6
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pp.75-82
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2006
Tiltrotor aircraft can fly about twice faster and several times further than conventional helicopters. These aircraft provide advantages preventing compressibility of advancing side and stall of retreating side of blades because they take forward flight with tilting rotor systems. However, they have limit on forward flight speed because of the aeroelastic instability known as whirl flutter. First, the parametric study on the aeroelastic stability of the isolated rotor system has been performed in this paper. And the effects of pitch-link stiffness, gimbal spring constant, and precone angle on the whirl flutter stability of Smart-UAV have been investigated through CAMRAD II analysis.
In this paper, the effect of oil conditions in rotor dynamic behaviors of a FFRB (Fully-Floating Ring Bearing) is investigated. Through the characteristic of a FFRB has two films, it has several advantages such as less friction loss and better stability over a wide speed range. However, it is difficult to supply a oil to the inner film. Thus, turbocharger makers have been paid significant attention to the lubrication of a FFRB because of its importance. This work focuses on the influence of oil inlet pressure and temperature. The methodologies of computational simulation and experimental test were used to estimate the rotor dynamic behaviors. In experimental test, the single-scroll turbocharger for the 1.4L diesel engine was used. The results show that the oil inlet pressure and temperature will place considerable influence on the rotor response. Oil conditions affect RSR (Ring Speed Ratio) which is cause of sub-synchronous vibrations, which also cause of oil whirling and whip even a critical speed. At higher speed range, the phenomenon of self-excited vibrations which is cause of instability of fluid whirl is investigated through the orbit shapes that consist of small orbit and large amplitude orbit. It is shown that some performance of a FFRB can be controlled by the conditions of oil supply. Finally, it was revealed that the oil induced operating conditions will strongly affect the turbocharger rotor dynamics behaviors.
Cavitation phenomena observed during the operation of a submerged plain journal bearing (PJB) can affect bearing performance parameters such as dynamic coefficients, whirl frequency ratio, and critical mass. This study presents numerical solutions of the Reynolds equation for steadily and dynamically loaded submerged PJBs with half-Sommerfeld (HS), Reynolds, and Jakobsson-Floberg-Olsson (JFO) cavitation models when the supply pressure is larger or equal to the cavitation pressure. The loads at various eccentricity ratios are identical; however, the attitude angle is approximately 6% smaller when the eccentricity ratio is between 0.2 and 0.7 and the JFO model is used, compared to that when the Reynolds model is used. Dynamic coefficients obtained with the HS and Reynolds model show good agreement with each other, except for kxz, which is sensitive to changes in the force normal to the rotor weight, and is attributed to the difference in the attitude angle obtained with each cavitation model. Stiffness coefficients are determined using the pressure distribution in the film, and therefore, when the JFO model is used, the direct stiffness coefficients are affected and show opposite signs for most eccentricity ratios. The mass-conservative JFO model can predict at least a 30% smaller critical mass compared to that using the HS and Reynolds models. Thus, the instability analysis results can change based on the cavitation model used in a submerged PJB. The results of this research indicate that the JFO model should be used when designing a rotor system supported by submerged PJBs.
Kim, Sitae;Jung, Kihyun;Lee, Junho;Park, Kihyun;Yang, Kwangjin
Tribology and Lubricants
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v.36
no.2
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pp.105-115
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2020
This paper presents a numerical study on the rotordynamic analysis of a dual-spool turbofan engine in the context of blade defect events. The blades of an axial-type aeroengine are typically well aligned during the compressor and turbine stages. However, they are sometimes exposed to damage, partially or entirely, for several operational reasons, such as cracks due to foreign objects, burns from the combustion gas, and corrosion due to oxygen in the air. Herein, we designed a dual-spool rotor using the commercial 3D modeling software CATIA to simulate blade defects in the turbofan engine. We utilized the rotordynamic parameters to create two finite element Euler-Bernoulli beam models connected by means of an inter-rotor bearing. We then applied the unbalanced forces induced by the mass eccentricities of the blades to the following selected scenarios: 1) fully balanced, 2) crack in the low-pressure compressor (LPC) and high pressure compressor (HPC), 3) burn on the high-pressure turbine (HPT) and low pressure compressor, 4) corrosion of the LPC, and 5) corrosion of the HPC. Additionally, we obtained the transient and steady-state responses of the overall rotor nodes using the Runge-Kutta numerical integration method, and employed model reduction techniques such as component mode synthesis to enhance the computational efficiency of the process. The simulation results indicate that the high-vibration status of the rotor commences beyond 10,000 rpm, which is identified as the first critical speed of the lower speed rotor. Moreover, we monitored the unbalanced stages near the inter-rotor bearing, which prominently influences the overall rotordynamic status, and the corrosion of the HPC to prevent further instability. The high-speed range operation (>13,000 rpm) coupled with HPC/HPT blade defects possibly presents a rotor-case contact problem that can lead to catastrophic failure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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