Tests were conducted at the Florida International University (FIU) Wall of Wind (WOW) to investigate the susceptibility of Variable Message Signs (VMS) to wind induced vibrations due to vortex shedding and galloping instability. Large scale VMS models were tested in turbulence representative of the high frequency end of the spectrum in a simulated suburban atmospheric boundary layer. Data was measured for the $0^{\circ}$ and $45^{\circ}$ horizontal wind approach directions and vertical attack angles ranging from $-4.5^{\circ}$ to $+4.5^{\circ}$. Analysis of the power spectrum of the fluctuating lift indicated that vertical vortex oscillations could be significant for VMS with a large depth ratio attached to a structure with a low natural frequency. Analysis of the galloping test data indicated that VMS with large depth ratios, greater than about 0.5, and low natural frequency could also be subject to galloping instability.
In this study, we have introduced an improved equivalent modeling technique for large scale composite wind-turbine blade. Conventional or general equivalent modeling procedure may give critical error in the analysis results because of geometric coupling effects. For the analyses of structural vibration and aeroelastic problems, the accuracy of equivalent structural models is very important since it can have high numerical efficiency and various practical applications. Three-dimensional realistic composite wind-turbine blade model is practically considered for numerical study. In order to validate the effect of the mass and the stiffness of the equivalent beam model, comparison study based on the natural vibration analysis has been conducted, and the accuracy levels of the conventional and modified equivalent modeling techniques are presented.
Zafar, Muhammad I.;Fusi, Francesca;Quaranta, Giuseppe
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.4
no.2
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pp.203-218
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2017
This paper focuses on the computational study of nonlinear effects of unsteady aerodynamics for non-classical aileron buzz. It aims at a comprehensive investigation of the aileron buzz phenomenon under varying flow parameters using the describing function technique with multiple inputs. The limit cycle oscillatory behavior of an asymmetrical airfoil is studied initially using a CFD-based numerical model and direct time marching. Sharp increases in limit cycle amplitude for varying Mach numbers and angles of attack are investigated. An aerodynamic describing function is developed in order to estimate the variation of limit cycle amplitude and frequency with Mach number and angle of attack directly, without time marching. The describing function results are compared to the amplitudes and frequencies predicted by the CFD calculations for validation purposes. Furthermore, a limited sensitivity analysis is presented to demonstrate the potential of the approach for aeroelastic design.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.7
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pp.634-641
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2009
In this work, the behavior of vibratory hub loads induced due to the uncertainties of composite material properties for each of the participating rotor blades is investigated. The random material properties of composites available from the existing experimental data are processed by using the Monte-Carlo simulation technique to obtain the stochastic distribution of sectional stiffnesses of composite blades. The coefficients of variation (standard deviation divided by the mean) obtained from the sectional stiffness constants are used as an input to the comprehensive aeroelastic analysis code that can evaluate the hub loads of a rotor system. It is found that the uncertainty effects of composite material properties inevitably bring a dissimilarity to the rotor system. The influence of hub vibration response with respect to the individual stiffness (flatwise bending, chordwise bending and torsion) changes is also identified.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Kim, Yo-Han;Kim, Seok-Soo
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.167-174
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2008
In this study, flutter analyses for supercritical airfoil have been conducted in transonic region. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed static and dynamic responses of supercritical airfoil. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with Spalart-Allmaras (S-A) and SST ${\kappa}-{\omega}$ turbulence models are solved for unsteady flow problems. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of cascades for fluid-structure interaction (FSI) problems. Also, flow-induced vibration (FIV) analyses for various supercritical airfoil models have been conducted. Detailed flutter responses for supercritical are presented to show the physical performance and vibration characteristics in various angle of attack.
This paper presents the flutter analysis and optimum design of axially functionally graded box beam cantilever wing section by considering various geometric and material parameters. The coupled dynamic equations of the continuous model of wing system in terms of material and cross-sectional properties are formulated based on extended Hamilton's principle. By expressing the lift and pitching moment in terms of plunge and pitch displacements, the resultant two continuous equations are simplified using Galerkin's reduced order model. The flutter velocity is predicted from the solution of resultant damped eigenvalue problem. Parametric studies are conducted to know the effects of geometric factors such as taper ratio, thickness, sweep angle as well as material volume fractions and functional grading index on the flutter velocity. A generalized surrogate model is constructed by training the radial basis function network with the parametric data. The optimized material and geometric parameters of the section are predicted by solving the constrained optimal problem using firefly metaheuristics algorithm that employs the developed surrogate model for the function evaluations. The trapezoidal hollow box beam section design with axial functional grading concept is illustrated with combination of aluminium alloy and aluminium with silicon carbide particulates. A good improvement in flutter velocity is noticed by the optimization.
Kim, Kyung-Hwan;Shin, Sang-Joon;Lee, Jae-Won;Yee, Kwan-Jung;Oh, Se-Jong
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.2
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pp.110-120
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2006
There have been developed many structural and fluid rotorcraft analysis models in rotorcraft community, and also lots of investigations have been conducted to combine these two models. These investigations turn out to be good at predicting the airloads precisely, but they have not taken the blade nonlinear deflection into account. For this reason, the present paper adopts a sophisticated structural model which can describe three-dimensional nonlinear deflection of the blade. And it is combined with two types of aerodynamic model. First one is generalized Greenberg type of finite-time aerodynamic model, which is originally established for a fixed wing, but later modified to be suitable for coupled flap-lag-torsional aeroelastic analysis of the rotor blade. Second aerodynamic model is based on the unsteady source-doublet panel method coupled with a free wake model. The advantages of the present method are capabilities to consider thickness of the blade and more precise wake effects. Transient responses of the airloads and structural deflections in time domain are mainly analyzed in this paper.
Sa, Jeong-Hwan;Kim, Jee-Woong;Park, Soo-Hyung;Park, Jae-Sang;Jung, Sung-Nam;Yu, Yung-Hoon
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.10
no.2
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pp.52-62
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2009
A three-dimensional compressible Navier-Stokes solver, KFLOW, using overlapped grids has recently been developed to simulate unsteady flow phenomena over helicopter rotor blades. The blade-vortex interaction is predicted for a descending flight using measured blade deformation data. The effects of computational grid resolution and azimuth angle increments on airloads were examined, and computed airloads and vortex trajectories were compared with HART-II wind tunnel data. The current method predicts the BVI phenomena of blade airloads reasonably well. It is found from the present study that a peculiar distribution of vorticity of tip vortices in an approximate azimuth angle range of 90 to 180 degrees can be explained by physics of the shear-layer interaction as well as the dissipation of numerical schemes.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.140-147
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2007
Whenever the hinge axis of aircraft wing rotates, its stiffness varies. Also, there are nonlinearities in the connection of the actuator and the hinge axis, and it is necessary to inspect the coupled effects between the actuator dynamics and the hinge nonlinearity. Nonlinear aeroelastic characteristics are investigated by using the iterative V-g method. Time domain analyses are also performed by using Karpel's minimum state approximation technique. The doublet hybrid method(DHM) is used to calculate the unsteady aerodynamic forces in subsonic regions. Structural nonlinearity located in the load links of the actuator is assumed to be friction. The friction nonlinearity of an actuator is identified by using the describing function technique. The nonlinear flutter analyses have shown that the flutter characteristics significantly depends on the structural nonlinearity as well as the dynamic stiffness of an actuator. Therefore, the dynamic stiffness of an actuator as well as the nonlinear effect of hinge axis are important factors to determine the flutter stability.
Kim, Dong-Hyun;Kim, Yu-Sung;Yang, Guo Wei;Jung, Kyu-Kang;Kim, Kyung-Hee;Min, Dae-Gee
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.04a
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pp.652-653
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2009
In this study, flow-induced vibration (FIV) analyses have been conducted for a 3D compressor blade model. Advanced computational analysis system based on computational fluid dynamics (CFD) and computational structural dynamics (CSD) has been developed in order to investigate detailed dynamic responses of designed compressor blades. Fluid domains are modeled using the computational grid system with local grid deforming and remeshing techniques. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $\kappa-\varepsilon$ turbulence model are solved for unsteady flow problems of the rotating compressor model. A fully implicit time marching scheme based on the Newmark direct integration method is used for computing the coupled aeroelastic governing equations of the 3D compressor blade for fluid-structure interaction (FSI) problems. Detailed dynamic responses and instantaneous pressure contours on the blade surfaces considering flow-separation effects are presented to show the multi-physical phenomenon of the rotating compressor blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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