International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.23-33
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2009
The inherent aeromechanical complexity of a rotor system necessitated the comprehensive analysis code for helicopter rotor system. In the present study, an aerodynamic analysis module has been developed as a part of rotorcraft comprehensive program. Aerodynamic analysis module is largely classified into airload calculation routine and inflow analysis routine. For airload calculation, quasi-steady analysis model is employed based on the blade element method with the correction of unsteady aerodynamic effects. In order to take unsteady effects - body motion effects and dynamic stall - into account, aerodynamic coefficients are corrected by considering Leishman-Beddoes's unsteady model. Various inflow models and vortex wake models are implemented in the aerodynamic module to consider wake induced inflow. Specifically, linear inflow, dynamic inflow, prescribed wake and free wake model are integrated into the present module. The aerodynamic characteristics of each method are compared and validated against available experimental data such as Elliot's induced inflow distribution and sectional normal force coefficients of AH-1G. In order to validate unsteady aerodynamic model, 2-D unsteady model for NACA0012 airfoil is validated against aerodynamic coefficients of McAlister's experimental data.
Several frameworks for the dynamic analysis of wind-vehicle-bridge systems were presented in the past decade to study the safety or ride comfort of road vehicles as they pass through bridges under crosswinds. The wind loads on the vehicles were generally formed based on the aerodynamic parameters of the stationary vehicles on the ground, and the wind loads for the pure bridge decks without the effects of road vehicles. And very few studies were carried out to explore the dynamic effects of the aerodynamic interference between road vehicles and bridge decks, particularly for the moving road vehicles. In this study, the aerodynamic parameters for both the moving road vehicle and the deck considering the mutually-affected aerodynamic effects are formulized firstly. And the corresponding wind loads on the road vehicle-bridge system are obtained. Then a refined analytical framework of the WVB system incorporating the resultant wind loads, a driver model, and the road roughness in plane to fully consider the lateral motion of the road vehicle under crosswinds is proposed. It is shown that obvious lateral and yaw motions of the road vehicle occur. For the selected single road vehicle passing a long span bridge, slight effects are caused by the aerodynamic interference between the moving vehicle and deck on the dynamic responses of the system.
Aerodynamic measures have been widely used for improving the flutter stability of long-span bridges, and this paper focuses their windproof ability to improve the wind environment for vehicles. The whole wind environment around a long-span bridge located in high altitude mountainous areas is first studied. The local wind environment above the deck is then focused by two perspectives. One is the windproof effects of aerodynamic measures, and the other is whether the bridge with aerodynamic measures meets the requirement of flutter stability after installing extra wind barriers in the future. Furthermore, the effects of different wind barriers are analyzed. Results show that aerodynamic measures exert potential effects on the local wind environment, as the vertical stabilizer obviously reduces wind velocities behind it while the closed central slot has limited effects. The suggested aerodynamic measures have the ability to offset the adverse effect of the wind barrier on the flutter stability of the bridge. Behind the wind barrier, wind velocities decrease in general, but in some places incoming flow has to pass through the deck with higher velocities due to the increase in blockage ratio. Further comparison shows that the wind barrier with four bars is optimal.
Aerodynamic flutter control for long-span cable-supported bridges was investigated based on three basic girder sections, i.e. streamlined box girder section, box girder section with cantilevered slabs and two-isolated-girder section. Totally four kinds of aerodynamic flutter control measures (adding fairings, central-slotting, adding central stabilizers and adjusting the position of inspection rail) were included in this research. Their flutter control effects on different basic girder sections were evaluated by sectional model or aeroelastic model wind tunnel tests. It is found that all basic girder sections can get aerodynamically more stabled with appropriate aerodynamic flutter control measures, while the control effects are influenced by the details of control measures and girder section configurations. The control effects of the combinations of these four kinds of aerodynamic flutter control measures, such as central-slotting plus central-stabilizer, were also investigated through sectional model wind tunnel tests, summarized and compared to the flutter control effect of single measure respectively.
Across-wind aerodynamic damping ratios are identified from the wind-induced acceleration responses of 15 aeroelastic models of rectangular super-high-rise buildings in various simulated wind conditions by using the random decrement technique. The influences of amplitude-dependent structural damping ratio and natural frequency on the estimation of the aerodynamic damping ratio are discussed and the identifying method for aerodynamic damping is improved at first. Based on these works, effects of turbulence intensity $I_u$, aspect ratio H/B, and side ratio B/D on the across-wind aerodynamic damping ratio are investigated. The results indicate that turbulence intensity and side ratio are the most important factors that affect across-wind aerodynamic damping ratio, whereas aspect ratio indirectly affects the aerodynamic damping ratio by changing the response amplitude. Furthermore, empirical aerodynamic damping functions are proposed to estimate aerodynamic damping ratios at low and high reduced speeds for rectangular super-high-rise buildings with an aspect ratio in the range of 5 to 10, a side ratio of 1/3 to 3, and turbulence intensity varying from 1.7% to 25%.
A space launch vehicle departs the ground in a low speed, soon reaches a transonic and a supersonic speed, and then flies in a hypersonic speed into the space. Therefore, the design of a launch vehicle should include the prediction of aerodynamic characteristics for all speed regimes, ranging from subsonic to hypersonic speed. Generally, Empirical and analytical methods and wind tunnel tests are used for the prediction of aerodynamic characteristics. This research presents considerable factors for aerodynamic analysis of a launch vehicle using CFD. This investigation was conducted to determine effects of wake over the base section on the aerodynamic characteristics of a launch vehicle and also performed to determine effects of the sting which exist to support wind tunnel test model.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.12
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pp.1157-1162
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2009
The aerodynamic torque and power caused by the interaction between the wind and blade of wind turbine are highly nonlinear. For this reason, the overall dynamic behaviors of wind turbine have nonlinear characteristics. The aerodynamic nonlinearity also affects properties of torque control for wind turbine. In this paper, the nonlinear aerodynamic property according to the wind speed below rated power and its effects on the torque control system are investigated. Nonlinear parameter representing change of aerodynamic torque with respect to rotor speed is obtained by linearization technique. Effects of this aerodynamic nonlinear parameter on the closed-loop torque system with PI controller for an 1.5 MW wind turbine are presented.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.10a
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pp.447-453
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2012
Nowadays, high speed train has settled down as a fast and convenient environment-friendly transportation and it's need is gradually increasing. However increased train speed leads to increased aerodynamic noise, which causes critically affects comfortability of passengers. Especially, the pantograph of high speed train is protruded out of train body, which is the main factor for increased aerodynamic noise. In this research, to reduce aerodynamic noise pantograph, panhead's shape changed to aerodynamical shape. aerodynamic noise of pantograph is predicted by CFD (Computational Fluid Dynamic) and FW-H (Ffowcs Williams-Hawkings) equation. Also, the sound pressure level of aerodynamic noise of base and modified models are predicted. And the reduction effects of the sound pressure level is analyzed.
Vortex-induced vibration (VIV) is a significant concern when designing slender structures with square cross sections. VIV strongly depends on structural dynamics and flow states, which depend on the conditions of the approaching flow and shape of a structure. Therefore, the effects of the angle of attack on the coupling effects of VIV for a square cylinder are expected to be significant in practice. In this study, the aerodynamic forces for a fixed and elastically mounted square cylinder were measured using wind pressure tests. Aerodynamic forces on the stationary cylinder are firstly discussed by comparisons of variation of statistical aerodynamic force and wind pressure coefficient with wind angle of attack. The coupling effect between the aerodynamic forces and the motion of the oscillating square cylinder by VIV is subsequently investigated in detail at typical wind angels of attack with occurrence of three typical flow regimes, i.e., leading-edge separation, separation bubble (reattachment), and attached flow. The coupling effect are illustrated by discussing the onset of VIV, characteristics of aerodynamic forces during VIV, and interaction between motion and aerodynamic forces. The results demonstrate that flow states can be classified based on final separation points or the occurrence of reattachment. These states significantly influence coupling effects of the oscillating cylinder. Vibration enhances vortex shedding, which creates strong fluctuations in aerodynamic forces. However, differences in the lock-in range, aerodynamic force, and interaction process for angles of attack smaller and larger than the critical angle of attack revealed noteworthy characteristics in the VIV of a square cylinder.
The blockage effect on the aerodynamic characteristics of tall buildings is a fundamental issue in wind tunnel test but has rarely been addressed. To evaluate the blockage effects on the aerodynamic forces on a square tall building and flow field peripherally, large eddy simulations (LES) were performed on a 3D square cylinder with an aspect ratio of 6:1 under the uniform smooth inflow and turbulent atmospheric boundary layer (ABL) inflow generated by the narrowband synthesis random flow generator (NSRFG). First, a basic case at a blockage ratio (BR) of 0.8% was conducted to validate the adopted numerical methodology. Subsequently, simulations were systematically performed at 6 different BRs. The simulation results were compared in detail to illustrate the differences induced by the blockage, and the mechanism of the blockage effects under turbulent inflow was emphatically analysed. The results reveal that the pressure coefficients, the aerodynamic forces, and the Strouhal number increase monotonically with BRs. Additionally, the increase of BR leads to more coherence of the turbulent structures and the higher intensity of the vortices in the vicinity of the building. Moreover, the blockage effects on the aerodynamic forces and flow field are more significant under smooth inflow than those under turbulent inflow.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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