International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제16권3호
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pp.407-417
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2015
Recently, piezo-aeroelastic energy harvesting has received greater attention. In the present study, a piezo-aeroelastic energy harvester using a nonlinear trailing-edge flap is proposed, and its nonlinear aeroelastic behaviors are investigated. The energy harvester is modeled using a piezo-aeroelastic model of a two-dimensional typical section airfoil with a trailing-edge flap (TEF). A piezo-aeroelastic analysis is carried out using RL and time-integration methods, and the results are verified with the experimental data. The linearizing method using a describing function is used for the frequency domain analysis of the nonlinear piezo-aeroelastic system. From the linear and nonlinear piezo-aeroelastic analysis, the limit cycle oscillation (LCO) characteristics of the proposed energy harvester with the nonlinear TEF are investigated in both the frequency and time domains. Finally, the authors discuss the air speed range for effective piezo-aeroelastic energy harvesting.
공력탄성학적 안정성 해석에 있어서 모델링 오차 및 구조 불확도에 의해 결과의 정확도는 떨어질 수 있다. 따라서, 이러한 모델링 오차 및 구조 불확도를 고려한 공탄성 안정성 경계를 예측할 필요가 있다. 이러한 모델링 오차 및 불확도를 고려한 공탄성 안정성 예측을 위해 강건 공탄성 해석이 제안되었다. 본 연구에서는 ${\mu}$ 해석기법과 모달접근법과 MSA를 사용한 조종날개의 공탄성 모델로 부터 강건 공탄성 모델링과 해석을 수행하였다. 강건 공탄성 해석 프로그램이 개발되었고, 기존의 공탄성 해석 결과와 비교/검증하였다.
The present paper is focused on the prediction of the acrosswind aeroelastic response of square tall buildings. In particular, a semi-analytical procedure is proposed based on the assumption that square tall buildings, for reduced velocities corresponding to operational conditions, do not experience vortex shedding resonance or galloping and fall in the range of positive aerodynamic damping. Under these conditions, aeroelastic wind tunnel tests can be unnecessary and the response can be correctly evaluated using wind tunnel tests on rigid models and analytical modeling of the aerodynamic damping. The proposed procedure consists of two phases. First, simultaneous measurements of the pressure time histories are carried out in the wind tunnel on rigid models, in order to obtain the aerodynamic forces. Then, aeroelastic forces are analytically evaluated and the structural response is computed through direct integration of the equations of motion considering the contribution of both the aerodynamic and aeroelastic forces. The procedure, which gives a conservative estimate of the aeroelastic response, has the advantage that aeroelastic tests are avoided, at least in the preliminary design phase.
Aeroelastic phenomena of a wind turbine include stall-induced vibrations and classical flutters. The classical flutter occurs due to coalescence between bending mode and torsion mode. It is typically the aeroelastic instability of an aircraft wing. Different from the classical flutter, the stall-induced vibration is the instability in lead-lag mode due to negative aerodynamic dampings. In the present study, the three degree of freedom aeroelastic model of a wind turbine blade is introduced to characterize and analyze its aeroelastic phenomena. The numerical results show that the aeroelastic stability of flap-lag motion is more unstable than that of flap-pitch motion and the aeroelastic characteristics of lead-lag motion can become unstable as wind speed increases.
Aeroelastic response and control of airfoil-flap system exposed to sonic-boom, blast and gust loads in an incompressible subsonic flowfield are addressed. Analytical analysis and pertinent numerical simulations of the aeroelastic response of 3-DOF airfoil featuring plunging-pitching-flapping coupled motion subjected to gust and explosive pressures in terms of important characteristic parameters specifying configuration envelope are presented. The comparisons of uncontrolled aeroelastic response with controlled one of the wing obtained by feedback control methodology are supplied, which is implemented through the flap torque to suppress the flutter instability and enhance the subcritical aeroelastic response to time-dependent excitations.
To identify aeroelastic characteristics of wings with double-folding mechanism, aeroelastic analyses are performed. There are four wing models which consist of one linear model and three nonlinear models. The nonlinear models have one or two freeplay nonlinearties. The describing function method is used to approximately examine nonlinear effects. The aeroelastic module in MSC/NASTRAN is used to study the aeroelastic characteristics of the considered wing models. The effects of the folding mechanism and amplitude ratio are examined. As the amplitude ratio increases, the flutter speeds approach to those of the wing model with only one nonlinearity. The numerical results show that the flutter speeds of the wings with double-folding mechanism can be lower or higher than those of the wing model with only one folding mechanism depending upon the direction of the second folding mechanism.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제12권2호
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pp.179-189
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2011
In this paper, robust adaptive control design problem is addressed for a class of parametrically uncertain aeroelastic systems. A full-state robust adaptive controller was designed to suppress aeroelastic vibrations of a nonlinear wing section. The design used leading and trailing edge control actuations. The full state feedback (FSFB) control yielded a global uniformly ultimately bounded result for two-axis vibration suppression. The pitching and plunging displacements were measurable; however, the pitching and plunging rates were not measurable. Thus, a high gain observer was used to modify the FSFB control design to become an output feedback (OFB) design while the stability analysis for the OFB control law was presented. Simulation results demonstrate the efficacy of the multi-input multi-output control toward suppressing aeroelastic vibrations and limit cycle oscillations occurring in pre- and post-flutter velocity regimes.
This paper concerns the application and demonstration of sliding mode observer for aeroelastic system, which is robust to model uncertainty including mass and stiffness of the system and various disturbances. The performance of a sliding mode observer is compared with that of a conventional Kalman filter to demonstrate robustness and disturbance decoupling characteristics. Aeroelastic instability may occur when an elastic structure is moving even in subcritical flow speed region. Simulation results using sliding mode observer are presented to control aeroelastic response of flapped wing system due to various external excitations as well as model uncertainty and sinusoidal disturbances in subcritical incompressible flow region.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제9권2호
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pp.34-40
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2008
The aeroelastic analyses for several wing models were performed using the transonic small-disturbance (TSD) equation, which is very efficient, to consider the aerodynamic nonlinearities in the transonic region. For more accurate aerodynamic analysis of airfoil and wing models with shock waves, the viscous equations based on the Green's lag-entrainment equation of boundary-layer effects were coupled with the TSD equation in the transonic region. Finally the aeroelastic characteristics of wing models were investigated through comparisons of the aeroelastic analysis results for wing models considering the change of a thickness of the airfoil section. Moreover, the results of the aeroelastic analysis using the coupled TSD equation with the viscous equations were compared with those using the TSD equation for several wing models.
Francois, Guillaume;Cooper, Jonathan E.;Weaver, Paul M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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제4권2호
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pp.93-124
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2017
Aeroelastic performance controls wing shape in flight and its behaviour under manoeuvre and gust loads. Controlling the wing‟s aeroelastic performance can therefore offer weight and fuel savings. In this paper, the rib orientation and the crenellated skin concept are used to control wing deformation under aerodynamic load. The impact of varying the rib/crenellation orientation, the crenellation width and thickness on the tip twist, tip displacement, natural frequencies, flutter speed and gust response are investigated. Various wind-off and wind-on loads are considered through Finite Element modelling and experiments, using wings manufactured through polyamide laser sintering. It is shown that it is possible to influence the aeroelastic behaviour using the rib and crenellation orientation, e.g., flutter speed increased by up to 14.2% and gust loads alleviated by up to 6.4%. A reasonable comparison between numerical and experimental results was found.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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