International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제7권1호
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pp.99-105
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2006
In this study, nonlinear static and dynamic aeroelastic analyses for a high-aspect-ratio wing have been performed. To achieve these aims, the transonic small disturbance (TSD) theory for the aerodynamic analysis and the large deflection beam theory considering a geometrical nonlinearity for the structural analysis are applied, respectively. For the coupling between fluid and structure, the transformation of a displacement from the structural mesh to the aerodynamic grid is performed by a shape function which is used for the finite element and the inverse transformation of force by work equivalent load method. To validate the current method, the present analysis results of a high-aspect-ratio wing are compared with the experimental results. Static deformations in the vertical and torsional directions caused by an angle of attack and gravity loading are compared with experimental results. Also, static and dynamic aeroelastic characteristics are investigated. The comparisons of the flutter speed and frequency between a linear and nonlinear analysis are presented.
The fluid-structure interaction analysis such as a static aeroelastic analysis requires the result of each analysis as an input to other analysis. Usually the grids for the fluid analysis and the structural analysis are different, so the results should be transformed properly for each other. The Infinite Plate Spline(IPS) and the Thin Plate Spline(TPS) are used in interpolating the displacement and the pressure. In this study, such interpolation methods are compared with kriging which provides a precise response surface. The static aeroelastic analysis is performed for the supersonic flow field with shock waves and the pressure field is interpolated by the TPS and kriging. The TPS shows tendency to weaken the shock stength, whereas kriging preserves the shock strength.
The fluid-structure interaction analysis such as a static aeroelastic analysis requires the result of each analysis as an input to the other analysis. Usually the grids for the fluid analysis and the structural analysis are different, so the results should be transformed properly for each other. The Infinite Plate Spline(IPS) and the Thin Plate Spline(TPS) are used in interpolating the displacement and the pressure. In this study, such interpolation methods are compared with kriging which provides a precise response surface. The static aeroelastic analysis is performed for the supersonic flow field with shock waves and the pressure field is interpolated by the TPS and kriging. The TPS shows tendency to weaken the shock strength, whereas kriging preserves the shock strength.
본 연구에서는 천음속미소교란 및 대변형 보 이론을 이용하여 대변형이 발생되는 가로세로비가 큰 날개의 비선형 정적 공탄성 해석 시스템을 개발하고 검증하였다. 유체/구조간 직접 연계를 위하여 구조 격자에서 유체 격자로의 변위의 변환은 보 유한 요소 모델에 사용된 형상 함수를 유체 격자에서 구조 격자로의 힘의 변환은 일 등가 하중의 개념을 사용하였다. 그리고 이러한 날개의 정적 공탄성 해석 시, 이론적으로 TSD 공기력 사용의 타당성을 보였다. 또한 본 연구에서의 검증은 직접 연계된 공탄성 시스템의 효율적인 힘/변위 변환 기법의 검증을 포함한다.
전산유체와 전산구조 연계 방법을 사용하여 하부에 외부 장착물이 부착된 초음속 비행체의 날개에 대한 정적 공탄성 해석을 수행하였다. 전산유체와 전산구조의 연계를 위하여 두 개의 사상 알고리즘, 즉 압력 사상 알고리즘과 변위 사상 알고리즘이 사용되었다. 공력해석은 날개주위의 유동장을 구하기 위하여 비정렬 3차원 오일러 방정식을 이용하였고 구조변위를 구하기 위하여 유한요소해석 프로그램을 사용하였다. 연계 절차는 특정 수렴조건을 만족할 때까지 반복 수행되며, 전형적인 초음속 비행체 날개에 대한 정적 공탄성 해석을 수행하여 수렴된 날개 형상을 얻었다.
This study focused on the non-synoptic, tornado-like wind-induced effects on flexible horizontal structures that are extremely sensitive to winds. More specifically, the nonuniform, intensive vertical wind-velocity and transient natures of tornado events and their effects on the global behavior of a long-span bridge were investigated. In addition to the static part in the modeling of tornado-like wind-induced loads, the motion-induced effects were modeled using the semi-empirical model with a two-dimensional (2-D) indicial response function. Both nonlinear wind-induced static analysis and linear aeroelastic analysis in the time domain were conducted based on a 3-D finite-element model to investigate the bridge performance under the most unfavorable tornado pattern considering wind-structure interactions. The results from the present study highlighted the important effects due to abovementioned tornado natures (i.e., nonuniform, intensive vertical wind-velocity and transient features) on the long-span bridge, and hence may facilitate more appropriate wind design of flexible horizontal structures in the tornado-prone areas.
In this study, transonic aeroelastic response analyses haw been conducted for the business jet aircraft configuration considering shockwave and flow separation effects. The developed fluid-structure coupled analysis system is applied for aeroelastic computations combining computational structural dynamics(CSD), finite element method(FEM) and computational fluid dynamics(CFD) in the time domain. It can give very accurate and useful engineering data on the structural dynamic design of advanced flight vehicles. For the nonlinear unsteady aerodynamics in high transonic flow region, Navier-Stokes equations using the structured grid system have been applied to wing-body configurations. In transonic flight region, the characteristics of static and dynamic aeroelastic responses have been investigated for a typical wing-body configuration model. Also, it is typically shown that the current computation approach can yield realistic and practical results for aircraft design and test engineers.
In this study, transonic aeroelastic response analyses have been conducted for the business jet aircraft configuration considering shockwave and flow separation effects. The developed fluid-structure coupled analysis system is applied for aeroelastic computations combining computational structural dynamics(CSD), finite element method(FEM) and computational fluid dynamics(CFD) in the time domain. It can give very accurate and useful engineering data on the structural dynamic design of advanced flight vehicles. For the nonlinear unsteady aerodynamics in high transonic flow region, Navier-Stokes equations using the structured grid system have been applied to wing-body configurations. In transonic flight region, the characteristics of static and dynamic aeroelastic responses have been investigated for a typical wing-body configuration model. Also, it is typically shown that the current computation approach can yield realistic and practical results for aircraft design and test engineers.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제14권4호
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pp.310-323
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2013
In this paper, the aeroelastic static response of flexible wings with arbitrary cross-section geometry via a coupled CUF-XFLR5 approach is presented. Refined structural one-dimensional (1D) models, with a variable order of expansion for the displacement field, are developed on the basis of the Carrera Unified Formulation (CUF), taking into account cross-sectional deformability. A three-dimensional (3D) Panel Method is employed for the aerodynamic analysis, providing more accuracy with respect to the Vortex Lattice Method (VLM). A straight wing with an airfoil cross-section is modeled as a clamped beam, by means of the finite element method (FEM). Numerical results present the variation of wing aerodynamic parameters, and the equilibrium aeroelastic response is evaluated in terms of displacements and in-plane cross-section deformation. Aeroelastic coupled analyses are based on an iterative procedure, as well as a linear coupling approach for different free stream velocities. A convergent trend of displacements and aerodynamic coefficients is achieved as the structural model accuracy increases. Comparisons with 3D finite element solutions prove that an accurate description of the in-plane cross-section deformation is provided by the proposed 1D CUF model, through a significant reduction in computational cost.
The morphing flap wing has different structure unliked general wing structure. The actuated chord length of the morphing flap was more longer than conventional wing flap. In this reason, morphing flap wing structure was important to bending moment by aerodynamic lift force. In this study, through the fluid-structure interaction using computational fluid dynamics and structure finite element analysis to apply that the morphing flap wing's static aeroelastic stability analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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