Nonlinear behavior in fluid-structure interaction (FSI) of bridge decks becomes increasingly significant for modern bridges with increasing spans, larger flexibility and new aerodynamic deck configurations. Better understanding of the nonlinear aeroelasticity of bridge decks and further development of reduced-order nonlinear models for the aeroelastic forces become necessary. In this paper, the amplitude-dependent and neutral angle dependent nonlinearities of the motion-induced loads are further highlighted by series of computational fluid dynamics (CFD) simulations. An effort has been made to investigate a semi-analytical time-domain model of the nonlinear motion induced loads on the deck, which enables nonlinear time domain simulations of the aeroelastic responses of the bridge deck. First, the computational schemes used here are validated through theoretically well-known cases. Then, static aerodynamic coefficients of the Great Belt East Bridge (GBEB) cross section are evaluated at various angles of attack, leading to the so-called nonlinear backbone curves. Flutter derivatives of the bridge are identified by CFD simulations using forced harmonic motion of the cross-section with various frequencies. By varying the amplitude of the forced motion, it is observed that the identified flutter derivatives are amplitude-dependent, especially for $A^*_2$ and $H^*_2$ parameters. Another nonlinear feature is observed from the change of hysteresis loop (between angle of attack and lift/moment) when the neutral angles of the cross-section are changed. Based on the CFD results, a semi-analytical time-domain model for describing the nonlinear motion-induced loads is proposed and calibrated. This model is based on accounting for the delay effect with respect to the nonlinear backbone curve and is established in the state-space form. Reasonable agreement between the results from the semi-analytical model and CFD demonstrates the potential application of the proposed model for nonlinear aeroelastic analysis of bridge decks.
An experimental study of compressible jet flows has been undertaken in a small transonic wind tunnel. The aim of this investigation was to realize a jet simulator in the framework of wing/nacelle integration research and to characterize the jet flow behavior. First, free jet configuration, and subsequently jet flow in co-flowing air stream configuration were analyzed. Flow conditions were those encountered in a typical flight condition of a generic transport aircraft, i.e. fully expanded sonic jet flows interacting with a compressible external flowfield. Conventional experimental techniques were used to investigate the jet flows-Schlieren visualization and two-component Laser Doppler Velocimetry (LDV). The mean and fluctuating properties were measured along the jet centerline and in the symmetric plane at various downstream locations. The results of two configurations show remarkable differences in the mean and fluctuating components and agree well with the trend observed by other investigators. Moreover, these experiments enrich the database for such flow conditions and verify the feasibility of its application in future aerodynamic research of wing/nacelle interactions.
In this study, the characteristics of the current and wind forces acting on two floating bodies were numerically investigated using a commercial CFD software, STAR-CCM+. In the numerical analyses, LNGC was located right behind FSRU under uniform current or wind conditions. Steady calculations were carried out using a Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) solver and the realized k-epsilon model. First, the current coefficients of FSRU based only the CFD were compared with the model test data. Through this comparison, the present numerical models and mesh systems were indirectly verified. Next, computations for FSRU and LNGC in a uniform current were performed using different relative positions. It was found that the current coefficients were great affected by the longitudinal positions. Finally, the wind forces acting on FSRU and LNGC in tandem configurations were studied. The focus was on the shielding effects due to the aerodynamic interactions between FSRU and LNGC.
In this study, a method for optimal design of impeller shroud for centrifugal compressor using response surface method (RSM) and multi-objective genetic algorithm (MOGA) was studied. Numerical simulation was conducted using ANSYS CFX with various configurations of shroud. Each of the design parameters was divided into 3 levels. Total 15 design points were planned by central composite design (CCD) method, which is one of the design of experiment (DOE) techniques. Response surfaces based on the results of DOE were used to find the optimal shape of impeller shroud for high aerodynamic performance. The whole process of optimization was conducted using ANSYS Design Xplorer (DX). Results showed that the isentropic efficiency, which is the main performance parameter of the centrifugal compressor, was increased 0.4% through the optimization.
주동체, 쌍동 부스터 및 핀으로 구성된 로켓의 기본적 공력 특성을 파악하기 위한 고속 풍동시험을 국방과학연구소의 삼중음속풍동에서 마하수 0.4~4.0에 대해 수행하였다. 시험 형상은 3단형 과학로켓 초기 설계 형상의 6 % 축소 모형으로 주동체 단독, 주동체/핀, 주동체/부스터 및 주동체/부스터/핀 등의 형상과 주동체 길이, 부스터 간격 및 뱅크각 효과에 대해 시험하였다.
In this study, a fluid-structure interaction (FSI) analysis system has been developed in order to evaluate the turbine cascade performance with blade structural deformation effect. Relative movement of the rotor with respect to stator is reflected by modeling independent two computational domains. To consider the deformed position of rotor airfoil, dynamic moving grid method is applied. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with one equation Spalart-Allmaras and two-equation SST $k-{\varepsilon}$ turbulence models are solved to predict unsteady fluid dynamic loads. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method with high artificial damping is used to compute the fluid-structure interaction problem. Cascade performance evaluations for different elastic axis positions are presented and compared each other. It is importantly shown that the predicted aerodynamic performance considering structural deformation effect of blade can show some deviations compared to the data generally computed from rigid blade configurations and the position of elastic axis also tend to give sensitive effect.
An experimental investigation has been conducted to determine the effectiveness of base shield plates in reducing the drag of a rough circular cylinder in a cross flow at Reynolds numbers in the range $3{\times}10^4{\leq}Re{\leq}10.5{\times}10^4$. Three model configurations were investigated and compared: a plane cylinder (PC), a cylinder with a splitter plate (MC1) and a cylinder fitted with base shield plates (MC2). Each configuration was studied in the sub and supercritical flow regimes. The chord of the plates, L, ranged from 0.22 to 1.50D and the cavity width, G, between the plates was in the range from 0 to 0.93D. It is recognized that base shield plates can be employed more effectively than splitter plates to reduce the aerodynamic drag of circular cylinders in both the sub- and supercritical flow regimes. For subcritical flow regime, one can get 53% and 24% drag reductions for the MC2 and MC1 models with L/D=1.0, respectively, compared with the PC model. For supercritical flow regime however, the corresponding drag reductions are 38% and 7%.
Kim, Chong-Sup;Hur, Gi-Bong;Hwang, Byung-Moon;Cho, In-Je;Kim, Seung-Jun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제8권1호
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pp.32-45
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2007
The T-50 advanced supersonic jet trainer employs the Relaxed Static Stability (RSS) concept to improve the aerodynamic performance while the flight control system stabilizes the unstable aircraft and provides adequate handling qualities. The T-50 flight control laws employ a proportional-plus-integral type controller based on a dynamic inversion method in longitudinal axis and a proportional type controller based on a blended roll system with simple roll rate feedback and beta-betadot feedback system. These control laws are verified by flight tests with various maneuver set flight envelopes and the control laws are updated to resolve flight test issues. This paper describes several concepts of flight control laws used in T-50 to resolve those flight test issues. Control laws for solving the roll-off problem during pitch maneuver in asymmetric loading configurations, improving the departure resistance in negative angle of attack conditions and enhancing the fine tracking performance in air-to-air tracking maneuvers are described with flight test data.
The present study is performed to find the effect of corner recession on a square plan-shaped tall building. A series of numerical simulations have been carried out to find the two orthogonal wind force coefficients on various model configurations using Computational Fluid Dynamics (CFD). Numerical analyses are performed by using ANSYS-CFX (k-ℇ turbulence model) considering the length scale of 1:300. The study is performed for 0° to 360° wind angle of attack. The CFD data thus generated is utilised to fit parametric equations to predict alongwind and crosswind force coefficients, Cfx and Cfy. The precision of the parametric equations is validated by employing a wind tunnel study for the 40% corner recession model, and an excellent match is observed. Upon satisfactory validation, the parametric equations are further used to carry out multiobjective optimization considering two orthogonal force coefficients. Pareto optimal design results are presented to propose suitable percentages of corner recession for the study building. The optimization is based on reducing the alongwind and crosswind forces simultaneously to enhance the aerodynamic performance of the building.
In the present study, an annular combustor for a 500 W class micro gas turbine generator was designed and its characteristics were investigated by using both numerical and experimental methods. For this purpose, geometrical configurations of the annular combustor were determined in the aspect of the aerodynamic and chemical consideration. Also, fluid flow and pressure drop characteristics in the combustor were numerically studied by using commercial tool, FLUENT. Based on the numerical results, the diameter and the angle of air admission holes in the primary zone were chosen to be 2.5 mm and $30^{\circ}$, respectively. Finally, an integrated test unit, which consisted of a compressor, combustor, turbine, and motor/generator, was developed in order to measure the combustor efficiency. As the temperature difference between the combustor inlet and the turbine inlet or the air mass flow rate increased, the combustor efficiency increased and it was over 90% when the air mass flow rate was larger than 7.30 g/s. It was shown that the annular combustor developed in this study met the design requirement for a 500 W class micro gas turbine generator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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