International Journal of Aerospace System Engineering
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v.8
no.1
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pp.1-13
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2021
Contra-rotating fan is comprised of two rotors which are rotating in the opposite direction. The fan stages are named rotor-1 and rotor-2. Benefits from the use of contra rotation are in terms of better efficiency and improved thrust to weight ratio. Failure of contra-rotating fan stage blade in-service results in safety risks, repair costs, and revenue losses. This paper focuses on the vibration analysis and one way fluid-structure interaction of high aspect ratio, low speed contrarotating fan rotors. Modal analysis and modal pre-stress analysis of contra-rotating fan rotors were carried out to calculate the natural frequencies, One way fluid-structure interaction (FSI) was carried out where the computational analysis of the blades was performed using ANSYS CFX. The boundary conditions for CFD analysis were considered from the actual experimental velocity flow field at the inlet and pressure outlet. Based on the results obtained from the CFD analysis, the structural analysis such as deformation and Von-Misses stresses was carried out by using the finite element method (FEM) with ANSYS. The results provide necessary guidelines for the safe running of the contra-rotating fan. The analysis also will be helpful to understand the change of flow behavior due to a rotor deformation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1394-1399
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2001
The purpose of this paper is that investigates the dynamic behavior characteristic of W.T.S(Wind Turbine System) and carries out the evaluation analysis during operating W.T.S. To investigate the dynamic behavior characteristic of W.T.S. the experiments to measure vibration of the blade from the attached accelerometer on the flap and edge section of the blade that is one of the most important elements of dynamic characteristic of W.T.S are performed. Natural frequency and mode shape are calculated with commercial program (STAR MODAL) using the measured vibration acceleration that receives the signal with F.F.T Analyzer from the accelerometer. For validation of these experiments. the finite element analysis is performed with commercial F.E.M Program (ANSYS) on the basis of the natural frequency and mode shape. The results indicate that experimental values have good agreements with the finite element analysis.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.7
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pp.40-50
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2005
In this paper, preliminary results for performance prediction of a dual-rotor wind turbine generator system are presented. Blade element and momentum theories are used to model the aerodynamic forces and moments acting on the rotor blades, and multi-body dynamics approach is used to integrate the major components to represent the overall system. Not only the steady-state performance but the transient response characteristics are analyzed. Pitch control strategy to control the rotor speed and the generator output is proposed and its performance is verified through the nonlinear simulation.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.3
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pp.307-316
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2011
In order to clarify the features of tip leakage vortex near blade tip region in a half-ducted axial fan with large bellmouth, the experimental investigation was carried out using a 2-dimensional LDV system. Three sizes of tip clearance (TC) were tested: those sizes were 1mm (0.55% of blade chord length at blade tip), 2mm (1.11% of blade chord length at blade tip) and 4mm (2.22% of blade chord length at blade tip), and those were shown as TC=1mm, TC=2mm and TC=4mm, respectively. Fan characteristic tests and the velocity field measurements were done for each TC. Pressure - flow-rate characteristics and two-dimensional velocity vector maps were shown. The vortex trace and the vortex intensity distribution were also illustrated. As a result, a large difference on the pressure - flow-rate characteristics did not exist for three tip clearance sizes. In case of TC=4mm, the tip leakage vortex was outflow to downstream of rotor was not confirmed at the small and reference flow-rate conditions. Only at the large flow-rate condition, its outflow to downstream of rotor existed. In case of TC=2mm, overall vortex behaviors were almost the same ones in case of TC=4mm. However, the vortex trace inclined toward more tangential direction. In case of TC=1mm, the clear vortex was not observed for all flow-rate conditions.
To get more realistic wind turbine torque characteristic, it is important to consider many parameters about wind turbine system. One of them is the tower effect which is occurred when a blade is bypassing the wind turbine tower and influences shaft torque fluctuation. In this paper, to emulate the similar torque performance of wind turbine, the wind turbine simulation and experiment with torque fluctuation by blade tower effect are implemented and verified. The simulation model is based on MATLAB Simulink.
In this research, CFD calculation was implemented to analyze wind tunnel effect or rotor experiment in wind tunnel. One case included model wind turbine and all wind tunnel geometries. The other case include only rotor and nacelle system. Star-CCM+ was used for CFD analysis and rigid body motion around rotor area was applied to simulate rotating rotor. As for turbulence model, K-omega SST was used. The results were compared in 15m/s inflow condition. These results shows a good agreement with the measurement. Then, the result without wind tunnel was slightly different to the result with wind tunnel. Thus, in the case of Mexnex wind tunnel measurement, the wind tunnel don't affect the measurement result. Then, this wind tunnel and rotor size ratio can be reference for wind tunnel experiment of wind turbine rotor.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.10a
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pp.121-124
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2004
The purpose of this study is to define the optimized layer pattern of composite wind turbine blade by using a commercial FEM program and to perform the fatigue test of T-Bolt. FEM analysis is done by using a PATRAN and ABAQUS to get a information about stress distribution ,critical deformation shape and get a critical load factor in local buckling analysis. As a result of the linear and nonlinear structural analysis, layer pattern of blade was optimized. T-Bolt is a connecting part of wind turbine blade and rotor hub, therefore T-bolt is cirtical part of wind turbine blade. T-bolt fatigue test is conducted to get a information of life cycle of T-bolt. The test is done by using a hydraulic actuator system
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.17
no.1
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pp.75-82
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2011
Marine current energy is one of the most interesting renewable and clean energy resources that have been less exploited. Especially, Korea has worldwide outstanding tidal current energy resources and it is highly required to develop tidal in-stream energy conversion system in coastal area. The objective of study is to investigate harnessing techniques of tidal current energy and to design the a 100 kW horizontal axis tidal turbine using blade element momentum theory with Prandtl's tip loss factor for optimal design procedures. In addition, Influence of Prandtl's tip loss factor at local blade positions as a function of tip speed ratio was studied, and the analysed results showed that power coefficient of designed rotor blade using NACA 63812 was 0.49 at rated tip speed ratio.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.4
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pp.614-623
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2015
When the speed of a coaxial rotor helicopter in forward flight increases, the wake skew angle of the rotor increases and consequently the position of the vena contracta of the upper rotor with respect to the lower rotor changes. Considering ambient air and the effect of the upper rotor, this study proposes a nonuniform inflow model for the lower rotor of a coaxial rotor helicopter in forward flight. The total required power of the coaxial rotor system was compared against Dingeldein's experimental data, and the results of the proposed model were well matched. A plant model was also developed from first principles for flight simulation, unknown parameter estimation and control analysis. The coaxial rotor helicopter used for this study was manufactured for surveillance and reconnaissance and does not have any stabilizer bar. Therefore, a feedback controller was included during flight test and parameter estimation to overcome unstable situations. Predicted responses of parameter estimation and validation show good agreement with experimental data. Therefore, the methodology described in this paper can be used to develop numerical plant model, study non-uniform inflow model, conduct performance analysis and parameter estimation of coaxial rotor as well as other rotorcrafts in forward flight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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