In this paper, the submarine model, called DARPA SUBOFF model, has been numerically analyzed to investigate the aerodynamic forces variation in terms of angle of attacks and yaw angles. The SUBOFF model is consisted of the three parts : axisymmetric body, fairwater, and four symmetric stern appendages. Three dimensional unsteady incompressible Wavier-Stokes equation was used on curvilinear multi-block grid system. To validate the present code, the SUBOFF tare hull and an ellipsoid at angle of attacks of $10^{\circ}\;and\;30^{\circ}$ were simulated and a good agreement with experiments was obtained. After the code validation, the flows over SUBOFF model were simulated at three different angle of attacks and yaw angles. The variation of aerodynamic forces in terms of angle of attack and yaw angle were calculated. Also, to understand the flow features around a submarine with variation of yaw and attack angle, the pressure contours and streamlines were plotted.
The yaw and interference effects of blades affect aerodynamic performance of large wind turbine system significantly, thus influencing wind-induced response and stability performance of the tower-blade system. In this study, the 5MW wind turbine which was developed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics (NUAA) was chosen as the research object. Large eddy simulation on flow field and aerodynamics of its wind turbine system with different yaw angles($0^{\circ}$, $5^{\circ}$, $10^{\circ}$, $20^{\circ}$, $30^{\circ}$ and $45^{\circ}$) under the most unfavorable blade position was carried out. Results were compared with codes and measurement results at home and abroad, which verified validity of large eddy simulation. On this basis, effects of yaw angle on average wind pressure, fluctuating wind pressure, lift coefficient, resistance coefficient,streaming and wake characteristics on different interference zone of tower of wind turbine were analyzed. Next, the blade-cabin-tower-foundation integrated coupling model of the large wind turbine was constructed based on finite element method. Dynamic characteristics, wind-induced response and stability performance of the wind turbine structural system under different yaw angle were analyzed systematically. Research results demonstrate that with the increase of yaw angle, the maximum negative pressure and extreme negative pressure of the significant interference zone of the tower present a V-shaped variation trend, whereas the layer resistance coefficient increases gradually. By contrast, the maximum negative pressure, extreme negative pressure and layer resistance coefficient of the non-interference zone remain basically same. Effects of streaming and wake weaken gradually. When the yaw angle increases to $45^{\circ}$, aerodynamic force of the tower is close with that when there's no blade yaw and interference. As the height of significant interference zone increases, layer resistance coefficient decreases firstly and then increases under different yaw angles. Maximum means and mean square error (MSE) of radial displacement under different yaw angles all occur at circumferential $0^{\circ}$ and $180^{\circ}$ of the tower. The maximum bending moment at tower bottom is at circumferential $20^{\circ}$. When the yaw angle is $0^{\circ}$, the maximum downwind displacement responses of different blades are higher than 2.7 m. With the increase of yaw angle, MSEs of radial displacement at tower top, downwind displacement of blades, internal force at blade roots all decrease gradually, while the critical wind speed decreases firstly and then increases and finally decreases. The comprehensive analysis shows that the worst aerodynamic performance and wind-induced response of the wind turbine system are achieved when the yaw angle is $0^{\circ}$, whereas the worst stability performance and ultimate bearing capacity are achieved when the yaw angle is $45^{\circ}$.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권2호
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pp.287-301
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2013
The present paper deals with the problems of yaw angle effects on podded propulsor performance. The study aims at providing insights on characteristics of podded propulsors in azimuthing condition. In this regard, a wide numerical simulation that concerned yaw angle effect measurement on podded propeller performance was performed. The Reynolds-Averaged Navier Stokes (RANS) based solver is used in order to study the variations of hydrodynamic characteristics of podded propulsor at various angles. At first, the propeller is analyzed in open water condition in absence of pod and strut. Next flow around pod and strut are simulated without effect of propellers. Finally, the whole unit is studied in zero yaw angle and azimuthing condition. Structured and unstructured mesh techniques are used for single propeller and podded propulsor. The performance curves of the propeller obtained by numerical method are compared and verified by the experimental results. The characteristic parameters including the torque and thrust of the propeller, the axial force and side force of unit are presented as function of velocity advance ratio and yaw angle. The results shows that the propeller thrust, torque and podded unit forces in azimuthing condition depend on velocity advance ratio and yaw angle.
Diana, G.;Resta, F.;Zasso, A.;Belloli, M.;Rocchi, D.
Wind and Structures
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제7권1호
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pp.41-54
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2004
An analysis refinement of the Messina Strait suspension bridge project has been recently required, concerning mainly the yaw angle effects on the multi-box deck section aerodynamics and the vortex shedding at low reduced velocities $V^*$. In particular the possible interaction of the axial flow with the large cross beams has been investigated. An original test rig has been designed at this purpose allowing for both forced motion and free motion aero elastic tests, varying the average angle of attack ${\alpha}$ and the deck yaw angle ${\beta}$. The hydraulic driven test rig allowed for both dynamic and stationary tests so that both the stationary coefficients and the flutter derivatives have been evaluated for each yaw angle. Specific free motion tests, taking advantage from the aeroelastic features of the section model, allowed also the study of the vortex shedding induced phenomena.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제25권1호
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pp.199-208
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2001
In this paper, an automatic route tracking algorithm using the position variables and the yaw angle of a ship is suggested, Since most autopilot systems paly only a role of course-keeping by integrating the gyrocompass output, they cannot cope with position errors between the desired route and real route of the ship resulted from a drifting and disturbances such as wave, wind and currents during navigation. In order for autopilot systems to track the desired route, a method which can reduce such position errors is required and some algorithms have been proposed[1,2]While such were turned out effective methods, they have a shortage that the rudder control actions for reducing the position errors are occurred very frequently. In order to improve this problem it is necessary to convert that error into the corresponding yaw angle and necessary to treat only yaw angle control problem. To do this a command generation algorithm which converts the rudder angle command reducing the current position error into they yaw angle command is suggested. To control the ship under disturbances and nonlinearities of the ship dynamics, the adaptive fuzzy controller is developed. Finally, through computer simulations for two ship models, the effectiveness of the suggested method and the possibility of the automatic route tracking are assured.
Conventional yaw functions are compared with actual response of a hot wire to various yaw angles, and a new function is proposed, which can be applied at large yaw angles and low velocities. To compare the accuracy of the new yaw function with those of the conventional ones, measurements are made for the jet flow at the nozzle exit and at .chi./D=15 with an X hot-wire probe. In the potential core, the flow angles reduced by the present function, ideal angle method and full velocity-angle method are shown to be more accurate than those reduced by the cosine function and Hinze's formula. No matter which yaw functions are used, the profiles of mean velocity and turbulence intensity show little discrepancy at .chi./D=15. However, there is a significant difference between the probability density functions obtained by the present function, ideal angle method and full velocity-angle method and those obtained by the cosine function and Hinze's formula.
Park, Jeong-Hoon;Shin, Myung-Sub;Jeon, Yun-Ho;Kim, Yeon-Gyu
한국해양공학회지
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제35권2호
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pp.99-112
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2021
The prediction of maneuverability is very important in the design process of an underwater vehicle. In this study, we predicted the steady turning ability of a symmetrical underwater vehicle while considering interactions between the yaw rate and drift/rudder angle through a simulation-based methodology. First, the hydrodynamic force and moment, including coupled derivatives, were obtained by computational fluid dynamics (CFD) simulations. The feasibility of CFD results were verified by comparing static drift/rudder simulations to vertical planar motion mechanism (VPMM) tests. Turning motion simulations were then performed by solving 2-degree-of-freedom (DOF) equations with CFD data. The turning radius, drift angle, advance, and tactical diameter were calculated. The results show good agreement with sea trial data and the effects on the turning characteristics of coupled interaction terms, especially between the yaw rate and drift angle.
In this research any abnormal motion of a vehicle is detected by utilizing the difference between the reference and actual yaw velocities as sell as the information on vehicle slip angle and slip angular velocity. This information is then used as a criterion for execution of the yaw moment control. A yaw moment control algorithm based on the brake control is proposed for improving the directional stability of the vehicle. The controller executes brake controls to provide each wheel with adequate brake pressures, which generate the needed yaw moment. It is shown that the proposed yaw moment control logic can provide excellent cornering capabilities even on low friction roads. This active control scheme can prevent a vehicle from behaving abnormally, and can assist normal drivers in coping with dangerous situations as well as experienced drivers.
This paper presents roll angle estimator which used Kalman filter. Recently, the uses of the ELSD (Electronic Limited Slip Differential) and TVD(Torque Vectoring Differential) for vehicle yaw control are studied in many researches. However the roll angle can be negative effect of ELSD and TVD control. Therefore the information of roll angle can be used for vehicle yaw control. Moreover it can be used for rollover prevent control. Recently, most of the vehicles use lateral acceleration and yaw rate sensor. In this paper, design of Kalman filter which used lateral acceleration and yaw rate information is developed. In this paper, in order to verify the estimator ability, the CarSim and Matlab/Simulink are used.
A non-linear vehicle model and an observer are designed to observe the yaw rate and the body side slip angle when a vehicle is turning maneuver in this study. The developed vehicle model is a full car model and has fourteen degree of freedom. A Luenberg observer is applied to develop the observer. The vehicle model is validated with a reference result and shows good accordance. The observer is tested on dry asphalt, wet asphalt and snow paved road. The results prove the performance of observer is robust and reliable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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