Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.13
no.3
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pp.41-49
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2009
The present paper describes a mathematical modeling and simulation of the separation of a solid rocket booster from an air breathing engine vehicle. The vehicle and booster are considered as a multi-connected body and the booster is assumed to move only along the axial direction of the vehicle. The dynamic motion of the vehicle and the booster were modeled by using Kane's method. The aerodynamic forces on the whole system along various positions of booster were calculated by using DATCOM software and the internal pressure force acting on the effective surface during separation was simply calculated with gas dynamics and Taylor MacColl equation. Numerical simulation was done by using Mathworks-Matlab. From the result, the variation of Mach number and angle of attack are not large during the separation, so the variation of pitch angle and the characteristics of inlet flow for varying the Mach number and angle of attack during the separation test can be identified as neglectable values.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.20
no.8
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pp.2637-2649
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1996
Flow characteristics and aerodynamic forces acting on an elliptic cylinder placed in a plane boundary layer were investigated experimentally. Four cylinder models with axis ratio(major axis to minor axis, AR=A/B) of 1, 2, 3, and 4 having the same equivalent diameter were used in this experiment. The Reynolds number based on the equivalent diameter $D_e$(=20mm) was 13,000. In the case of circular cylinder, regular vortex shedding occurs for the cylinder gaps larger than G/B=0.3 and is not almost related to the boundary layer thickness. But, for the elliptic cylinders, the vortex shedding frequency is increased with increasing the gap ratio (G/B) and the axis ratio (AR) of elliptic cylinders. The maximum drag coefficient acting on a circular cylinder is mainly affected by the boundary layer thickness. But, the elliptic cylinders(AR$\geq$2), except for the smaller gap G/B<0.2, show a nearly constant drag coefficient which is much smaller than that of a circular cylinder. The base pressure on the flat plate decreases with increasing the axis ratio(AR) of the elliptic cylinder. In the case of a circular cylinder, the base pressure has the minimum value at the gap ratio G/B=0.4, but it occurs at G/D=2 for elliptic cylinders. The mean velocity of the cylinder wake is quickly recovered at a small cylinder height ratio(H/$\delta$), but the turbulent intensity is rapidly recovered at a large cylinder height ratio(H/$\delta$). The effective wake region in the plane boundary layer is shrinkaged with increasing the axis ratio(AR) of elliptic cylinder. And the drag coefficient and streamwise turbulent intensity of the elliptic cylinder with AR=4 are less than half of those for the circular cylinder(AR=1).
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.12
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pp.1146-1151
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2008
In this paper, the effects of torsional flexibility on a flapping airfoil are investigated. The aerodynamic forces of a torsional flexible flapping airfoil is computed using 2-D unsteady vortex panel method. A typical-section aeroelastic model is used for the aeroelsatic calculation of the flapping airfoil. Torsional flexibility and excitation frequency are considered as main effective parameters. Under heavy airfoil condition , the thrust peak is observed at the points where the frequency ratio is about 0.75. Based on this peak criterion, there exists two different motions. One is an inertia driven deformation motion and the other is an oscillation driven deformation motion. Also, in the thrust peak condition, the phase angle is kept 85 degrees, independent of the torsional flexibility and the excitation frequency.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.2
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pp.11-16
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2007
This paper describes the cycloidal wind turbine, which is a straight blade vertical axis wind turbine using the cycloidal blade system. Cycloidal blade system consists of several blades rotating about an axis in parallel direction. Each blade changes its pitch angle periodically. Cycloidal wind turbine is different from the previous turbines. The wind turbine operates with optimum rotating forces through active control of the blade to change pitch angle and phase angle according to the changes of wind direction and wind speed. Various numerical experiments were conducted to develop a small vertical axis wind turbine of 1 kW class. For this numerical analysis, the rotor system equips four blades consisting of a symmetric airfoil NACA0018 of 1.0m in span, 0.22m in chord and 1.0m in radius. A general purpose commercial CFD program, STAR-CD, was used for numerical analysis. PCL of MSC/PATRAN was used for efficient parametric auto mesh generation. Variables of wind speed, pitch angle, phase angle and rotating speed were set in the numerical experiments. The generated power was obtained according to the various combinations of these variables. Optimal pitch angle and phase angle of cycloidal blade system were obtained according to the change of the wind direction and the wind speed. Based on data obtained from the above analysis, control device was designed. The wind direction and the wind speed were sensed by a wind indicator and an anemometer. Each blades were actuated to optimal performance values by servo motors.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.6
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pp.503-508
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2007
In this study, the aeroelastic response and stability of bearingless rotors are investigated using a large deflection beam theory. The outboard main blade, flexbeam, and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing arbitrary large displacements and rotations. The finite element equations of motion obtained from Hamilton's principle. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used to evaluate aerodynamic forces. In hover, the modal approach method based on coupled rotating natural modes is used for the stability analysis. In forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The results of the full finite element analysis using the large deflection beam theory are compared with those of a previously published modal analysis using the moderate deflection-type beam theory.
For high-speed railways (HSR) in wind prone regions, wind barriers are often installed on bridges to ensure the running safety of trains. This paper analyzes the effect of wind barriers on the running safety of a high-speed train to cross winds when it passes on a bridge. Two simply-supported (S-S) PC bridges in China, one with 32 m box beams and the other with 16 m trough beams, are selected to perform the dynamic analyses. The bridges are modeled by 3-D finite elements and each vehicle in a train by a multi-rigid-body system connected with suspension springs and dashpots. The wind excitations on the train vehicles and the bridges are numerically simulated, using the static tri-component coefficients obtained from a wind tunnel test, taking into account the effects of wind barriers, train speed and the spatial correlation with wind forces on the deck. The whole histories of a train passing over the two bridges under strong cross winds are simulated and compared, considering variations of wind velocities, train speeds and without or with wind barriers. The threshold curves of wind velocity for train running safety on the two bridges are compared, from which the windbreak effect of the wind barrier are evaluated, based on which a beam structure with better performance is recommended.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.9
no.9
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pp.1019-1025
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2014
Recently, the studies of the Unmanned Aerial Vehicle(UAV) has been studied a variety from military aircraft to civilian aircraft and for general hobby activity aircraft. In particular, for small unmanned aircraft research for the ease of turning and hovering and Vertical-Off Take Landing(VTOL), have been studied mainly quadrotor unmanned aircraft is a type suitable for this study of small unmanned aircraft. The studies of these unmanned aircraft is the kinetic analysis requires complex processes, because these support by the aerodynamic forces on the unmanned aircraft study, and the controller design based on these dynamical analysis and experimental model analysis. In this paper, after the implementation of the basic attitude control based on a general PID controller, we propose concept design of the attitude control method on quadrotor attitude control by using the reinforcement learning algorithm of neural networks for non-linear elements not considered in the controller design.
A new theoretical model on rain-wind induced vibration (RWIV) of a continuous stay cable is developed in this paper. Different from the existing theoretical analyses in which the cable was modeled as a segmental rigid element, the proposed scheme focuses on the in-plane and out-of-plane responses of a continuous stay cable, which is identical with the prototype cable on cable-stayed bridge. In order to simplify the complexities, the motion law of the rivulet on the cable surface is assumed as a sinusoidal way according to some results obtained from wind tunnel tests. Quasi-steady theory is utilized to determine the aerodynamic forces on the cable. Equations of motion of the cable are derived in a Cartesian Coordinate System and solved by using finite difference method to obtain the in-plane and out-of-plane responses of the cable. The results show that limited cable amplitudes are achieved within a limited range of wind velocity, which is a unique characteristic of RWIV of stay cable. It appears that the in-plane cable amplitude is much larger than the out-of-plane cable amplitude. Rivulet frequency, rivulet distribution along cable axis, and mean wind velocity profile, all have significant effects on the RWIV responses of the prototype stay cable. The effects of damping ratio on RWIVs of stay cables are carefully investigated, which suggests that damping ratio of 1% is needed to well mitigate RWIVs of prototype stay cables.
The post-flutter state of streamlined steel box girder is studied in this paper. Firstly, the nonlinear aerodynamic self-excited forces of the bridge deck cross section were investigated by CFD dynamic mesh technique and then the nonlinear flutter derivatives were identified on this basis. Secondly, based on the 2-degree-of-freedom (DOF) coupling flutter theory, the torsional amplitude and the nonlinear flutter derivatives were introduced into the traditional direct flutter calculation method, and the original program was improved to the "post-flutter state analysis program" so that it can predict not only the critical flutter velocity but also the movement of the girder in the post-flutter state. Finally, wind tunnel tests were set to verify the method proposed in this paper. The results show that the effect of vertical amplitude on the nonlinear flutter derivatives is negligible, but the torsional amplitude is not; with the increase of wind speed, the post-flutter state of streamlined steel box girder includes four stages, namely, "little amplitude zone", "step amplitude zone", "linearly growing amplitude zone" and "divergence zone"; damping ratio has limited effect on the critical flutter velocity and the steady state response in the post-flutter state; after flutter occurs, the vibration form is a single frequency vibration coupled with torsional and vertical DOF.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.5
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pp.357-365
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2013
In this study, forces and moments were measured on a projectile which consisted of a missile configuration body(shell) and a head installed control fins. The shell and the head were separated each other and the shell was rotated by an electric motor. The head rotated reversely against the rotational direction of the shell. The rotational force on the head was obtained from a couple of fixed fins of which angular displacement were set to the rotational direction equally. The air velocity was 40m/s on the experiment and the Reynolds number based on the diameter of head was $1.3{\times}10^5$. The other couple of fins were used to control the position and direction of the projectile by changing the angular displacement. From this experiment, the variation of force and moment were measured on the rotating projectile, and the effective amplitude and frequency were obtained through the FFT analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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