Flexible structures may experience excessive levels of vibration under the action of wind, adversely affecting serviceability and occupant comfort. To ensure the functional performance of a structure, various design modifications are possible, ranging from alternative structural systems to the utilization of passive and active control devices. This paper presents an overview of state-of-the-art measures that reduce the structural response of buildings, including a summary of recent work in aerodynamic tailoring and a discussion of auxiliary damping devices for mitigating the wind-induced motion of structures. In addition, some discussion of the application of such devices to improve structural resistance to seismic events is also presented, concluding with detailed examples of the application of auxiliary damping devices in Australia, Canada, China, Japan, and the United States.
A passive control using flaps will be an alternative solution for flutter stability and buffeting response of a long suspension bridge. This method not only enables a lightweight economic stiffening girder without an additional stiffness for aerodynamic stability but also avoid the problems from the malfunctions of control systems and energy supply system of an active control by winglets and flaps. A time domain approach for predicting the coupled flutter and buffeting response of bridge deck with flaps is investigated. First, the flutter derivatives of bridge deck and flaps are found by experiment. Next, the derivation of time domain model of self-excited forces and control forces of sectional model is reported by using the rational function approximation. Finally, the effectiveness of passive flap control is investigated by the numerical simulation. The results show that the passive control by using flaps can increase the flutter speed and decrease the buffeting response. The experiment results are matched with numerical ones.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.2
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pp.210-220
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2012
The model-free control of aeroelastic vibrations of a non-linear 2-D wing-flap system operating in supersonic flight speed regimes is discussed in this paper. A novel continuous robust controller design yields asymptotically stable vibration suppression in both the pitching and plunging degrees of freedom using the flap deflection as a control input. The controller also ensures that all system states remain bounded at all times during closed-loop operation. A Lyapunov method is used to obtain the global asymptotic stability result. The unsteady aerodynamic load is considered by resourcing to the non-linear Piston Theory Aerodynamics (PTA) modified to account for the effect of the flap deflection. Simulation results demonstrate the performance of the robust control strategy in suppressing dynamic aeroelastic instabilities, such as non-linear flutter and limit cycle oscillations.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.527-528
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2012
DBD (Dielectric Barrier Discharge) plasma actuator was designed for aerodynamic drag reduction using plasma flow control, and the drag reduction was measured by wind-tunnel tests using 2D test model. At the zero wind velocity, the plasma flow control had no effect on the drag reduction because the flow separation and surface friction drag were not occurred. At the wind velocity of 2m/s, 9.7% of drag was reduced by the flow separation control. The drag reduction decreased as the wind velocity increased.
This article presents theoretical investigations on techniques for the improvement of the dynamic characteristics of slender bridges under wind action. Aerodynamically effective control shields are applied as controlled actuators. The first part of the article describes the modelling of the uncontrolled aeroelastic system. Acting aerodynamic forces are consistently characterised using linear time-invariant transfer elements in terms of rational functions. On this basis, two configuration levels of the uncontrolled system are represented with linear time-invariant state-space models and investigated. The second part of the article addresses controller design and the behaviour of the controlled aeroelastic system. Both fundamental limits for stabilisation and the efficiency for attenuating the influence of gusts are described for different actuator mechanisms. The results are derived and discussed with methods of control theory.
Active control of solar panels with honeycomb core and carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) facesheets for smart structures using piezoelectric patch sensor and actuator to reduce the amplitude of vibration is a lack of the previous study and it is the novelty of this research. Of active control elements are piezoelectric patches which act as sensors and actuators in many systems. Their low power consumption is worth mentioning. Thus, deriving a simple and efficient model of piezoelectric patch's elastic, electrical, and elastoelectric properties would be of much significance. In the present study, first, to reduce vibrations in composite plates reinforced by carbon nanotubes, motion equations were obtained by the extended rule of mixture. Second, to simulate the equations of the system, up to 36 mode shape vectors were considered so that the stress strain behavior of the panel and extent of displacement are thoroughly evaluated. Then, to have a more acceptable analysis, the effects of external disturbances (Aerodynamic forces) and lumped mass are investigated on the stability of the system. Finally, elastoelectric effects are examined in piezoelectric patches. The results of the present research can be used for micro-vibration suppression in satellites such as solar panels, space telescopes, and interferometers and also to optimize active control panel for various applications.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.188-197
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2007
Active flow control, in the form of steady and unsteady momentum injection via jet blowing was studied. A jet was obtained by pressing a plenum inside the airfoil and ejecting flow out of a thin slot. The normal and drag forces were measured with leading edge or trailing edge blowing Jet and compared with the results obtained with no blowing. The blowing jet has been shown to improve the aerodynamic performance of the airfoil. The steady jet proved more effective than pulsating jet in these experimental conditions. Furthermore for the case of leading edge steady blowing jet, the alleviation of non-linearity in the normal force curve slope can be seen at higher angles of attack. No effective trailing edge jet was observed in this highly separated flow. This shows that the stall control is highly depends on the characteristics of the boundary layer near the jet slot.
The developed concept of smart flow control based on turbulence scale modification was applied to control a flow around a circular cylinder. The concept was realized using arrays of vortex-generators regularly spaced along a cylinder generatrix with a given step. Mechanical and thermal vortex-generators were tested, the latter having been based on the localized surface heating or plasma discharges initiated with microwave radiation near the surface. Thus depending on a particular engineering solution, flow transport properties could be modified in passive or active ways. Matched numerical and experimental investigations showed a possibility to delay flow separation and, accordingly, to improve the aerodynamic performance of blunt bodies.
An investigation on aerodynamic performance of a highly-loaded axial fan has been conducted to find the effects of tip injection and casing groove on aerodynamic performance in this study. Three-dimensional Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\varepsilon}$ turbulence model were used to analyze the fluid flow in the fan with Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis. The hexahedral grid was used to construct computational domain, and the grid dependency test drew the optimal grid system. FSI analysis was also carried out to predict the deformation of rotor and stator blades, and the effect of deformation on the aerodynamic performance of axial fan was analyzed compared to the performance predicted without FSI analysis.
The paper intends to summarize some guidelines for future smart structure system application in military aircraft. This preview of system integration is based upon a review on approximately one and a half decades of application oriented aerospace related smart structures research. Achievements in the area of structural health monitoring, adaptive shape, adaptive load bearing devices and active vibration control have been reached, potentials have been identified, several feasibility studies have been performed and some smart technologies have been already implemented. However the realization of anticipated visions and previously initial timescales announced have been rather too optimistic. The current development shall be based on a more realistic basis including more emphasis on fundamental aircraft strength, stiffness, static and dynamic load and stability requirements of aircraft and interdisciplinary integration requirements and improvements of integrated actors, actuator systems and control systems including micro controllers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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