In this paper, design and performance analysis of robust and inexpensive permanent magnet-assisted synchronous reluctance generators (PMa-SynRG) for tactical and commercial generator sets is studied. More specifically, the optimal design approach is investigated for minimizing volume and maximizing performance for the portable generator. In order to find optimized PMa-SynRG, stator winding configurations and rotor structures are analyzed using the lumped parameter model (LPM). After comparisons of stator windings and rotor structure by LPM, the selected stator winding and rotor structure are optimized using a differential evolution strategy (DES). Finally, output performances are verified by finite element analysis (FEA) and experimental tests. This design process is developed for the optimized design of PMa-SynRG to achieve minimum magnet and machine volume as well as maximum efficiency simultaneously.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.3
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pp.417-422
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2022
In this study, the development of a three-screw pump for high-capacity discharge was carried out. Benchmarking and reverse engineering for advanced products were performed to design and manufacture power rotor and idler rotor for high capacity and high pressure. Through flow analysis, performance verification of the entire design was performed and prototypes were manufactured. As a result of performance evaluation on prototypes, it was found that the development specifications were satisfied.
In the present study, we focus on the CFD simulations for the performance and the rotor-generated wake of a model-scale wind turbine which was designed for wave tank experiments. The CFD simulations with fully resolved rotor geometry are performed using MARIN's community-based open-source CFD code ReFRESCO. The absolute formulation method (AFM) is leveraged to model the rotating wind turbine. The k - ω SST turbulence model is adopted in the incompressible Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) simulations. First, the thrust and torque coefficients, CT and CP, are calculated at different Tip Speed Ratios (TSR), and the results are compared against the experimental data and previous numerical results. The pressure distribution of the turbine blades at the 70% span is obtained and compared to the results obtained by other tools. Then, a verification study aiming at quantifying the discretization uncertainty of the turbine performance with respect to the grid resolution in the wake region is performed. Last, the rotor-generated wake at the TSR of 7 is presented and discussed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.5
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pp.53-60
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2022
In this study, the conceptual design and performance evaluation of a personal air vehicle (PAV) is presented, which is a potential futuristic individual transportation. The blade element theory (BET) is employed to compute a rotational velocity. A computational fluid dynamics (CFD) simulation is performed to investigate the difference in the thrust performance in the rotor axis distance of a quad-copter PAV in hovering. Modal analysis is performed to create a Campbell diagram to investigate critical speed. Consequently, a quad-copter PAV changes the aerodynamics thrust and critical velocity according to the rotor axis distance.
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.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.11
no.4
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pp.10-18
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2007
A tested micro axial-type turbine consists of two stages and its mean radius of rotor flow passage is 8.4 mm. This turbine could be applied to a driver of micro power system, and its rotational speed in the unloaded state reaches to 100,000 RPM. The performance of this system is sensitive depending on the blade angles of the rotor and stator because it is operated in a low partial admission rate, so a performance test is conducted through measuring the specific output power and the net specific output torque with various blade angles on the nozzle, stator and rotor. The experimental results show that the net specific output torque is varied by 15% by changing the rotor blade angle, and the optimal incidence angle is about $10.3^{\circ}$.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.7
no.1
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pp.16-27
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2014
Double-blade vertical axis wind turbines (DB-VAWTs) can improve the self-starting performance of lift-driven VAWTs. We here propose the quadruple-multiple streamtube model (QMS), based on the blade element momentum (BEM) theory, for simulating DB-VAWT performance. Model validity is investigated by comparison to computational fluid dynamics (CFD) prediction for two kinds of two-dimensional DB-VAWT rotors for two rotor scales with three inner-outer radius ratios: 0.25, 0.5, and 0.75. The BEM-QMS model does not consider the effects of an inner rotor on the flow speed in the upwind half of the rotor, so we introduce a correction factor for this flow speed. The maximum power coefficient predicted by the modified BEM-QMS model for a DB-VAWT is thus closer to the CFD prediction.
The magnetic bearing systems are intrinsically unstable, and need the feedback control of electromagnetic forces with measured displacements. So the controller design plays an important role in constructing high performance magnetic bearing system. In case of magnetic bearing systems, the order of identified model is high because of unknown dynamics included in closed loop systems - such as sensor dynamics, actuator dynamics-and non-linearity of magnetic bearings itself. "Identification for control" - joint optimization of system identification and controller design- is proposed to get the limited-order model which is suited for the design of high-performance controller. We applied the joint identification/controller design scheme to MIMO rigid rotor system supported by magnetic bearings. Firs, we designed controller of a nonlinear simulation model of MIMO magnetic bearing system with this scheme and proved its feasibility. Then, we performed experiments on MIMO rigid rotor system supported by magnetic bearings, and the performance of closed-loop system is improved gradually during the iteration.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.6
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pp.805-810
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2011
Recently, Use of Auxiliary power unit(APU) is increasing by growing demand for improvement of insufficient electric power and installation of emergency generation devices in military tracked vehicles and civil markets. And the trend is that the units are demanded for smaller size, lighter weight and higher output power, etc to suit consumer demands. To achieve these, it is essential to develop high performance system. Therefore, in this study, it was conducted in numerical analysis to investigate flow characteristics of rotor in APU generator. Also output performance of APU applied on the rotor is analyzed by experimental method. As the result, higher rotating speed of rotor caused high air flow rate at suction and it leads to linear increase of discharging flow rate. The maximum theoretical power was achieved at 12 $m^3$/min of flow rate and, at that time, output power of generator was about 7.825 kW. Also, it can be confirmed the stabilization of output performance is achieved in about 2 seconds by experiment.
Experiments were done for the comparison of performance and flow characteristics between a two stage axial flow fan and a counter-rotating axial flow fm. The fan performance curves were obtained by the Korean Standard Testing Methods for Turbo Fans and Blowers (KS B 6311). The fan flow characteristics were measured using a five-hole probe by the non-nulling method. Each stage of the two stage axial flow fan used for the present study has an eight bladed rotor and thirteen stator blades. The front and the rear rotor of the counter-rotating axial flow fan have eight blades each and are driven by coaxial counter rotating shafts through a gear box located between the rear rotor and the electric motor. Both of the two axial fan configurations use identical rotor blades and the same operating conditions for the one-to-one comparison of the two. Performance characteristics of the two configurations were obtained and compared by varying the blade setting angles and axial gaps between the blade rows. The passage flow fields between the hub and tip of the fans were measured and analyzed for the particular operating conditions of peak efficiency, minimum and maximum pressure coefficients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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