Latching control was applied to a Wave Energy Converter (WEC) buoy with direct linear electric Power Take-Off (PTO) systems oscillating in heave direction in waves. The equation of the motion of the WEC buoy in the time-domain is characterized by the wave exciting, hydrostatic, radiation forces and by several damping forces (PTO, brake, and viscous). By applying numerical schemes, such as the semi-analytical and Newmark ${\beta}$ methods, the time series of the heave motion and velocity, and the corresponding extracted power may be obtained. The numerical prediction with the latching control is in accordance with the experimental results from the systematic 1:10-model test in a wave tank at Seoul National University. It was found that the extraction of wave energy may be improved by applying latching control to the WEC, which particularly affects waves longer than the resonant period.
Kim, Jeong-Rok;Hyeon, Jong-Wu;Koh, Hyeok-Jun;Kweon, Hyuck-Min;Cho, Il-Hyoung
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.29
no.2
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pp.191-198
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2015
In this study, we proposed a new type of dual-buoy wave energy converter (WEC) exploiting multi-resonance and analyzed the experimental results from a model test in a 2-D wave flume. A dual-buoy WEC using multi-resonance has two advantages: high efficiency at the resonant frequencies and the potential to extend the frequency range available to extract wave power from the WEC. The suggested WEC was composed of an outer buoy and an inner buoy sliding vertically inside the outer buoy. As the power take-off device, a linear electric generator (LEG) consisting of permanent magnets and coils fixed at each buoy was adopted. Electricity was produced by the relative heave motion between the two buoys. To search for the optimal shape of a dual-buoy WEC, we conducted experiments on the heave motion of a two-body system in regular waves without an LEG installed. Model tests with six combinations of experimental models were conducted in order to find the motion characteristics of a dual-buoy WEC. It was found that model 2, which included a ring-shaped appendage to move the resonant frequency of the outer buoy toward a high value, showed a higher relative heave response amplitude operator (RAO) curve than model 1. In addition, the double-peak shape of the heave RAO curve shown for model 2 indicated the extension of the frequency range for extracting wave power in irregular waves.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.12
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pp.1111-1118
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2013
In this paper, the disturbance applied to launcher hatch by ship motions is introduced to identify the vertical ship motion disturbance. Basically, ship motions are comprised of 6 degrees of freedom: roll, pitch, yaw, heave, surge and sway. In the case of the shipboard launcher hatch the coupled pitch, heave and roll are significant motions to be transformed to a vertical direction motion. The maximum acceleration values are obtained from the vertical motion model and the ship motion data in accordance with ship type and hatch location on the ship. We verify that the maximum pitch motion mainly influences the launcher hatch and also present the quantity of the maximum load disturbance by the ship's motion acceleration.
We present the boundary value problem (BVP) for the heave motion due to a vertical circular cylinder in water of finite depth. The BVP is presented in terms of velocity potential function. The velocity potential is obtained by considering two regions, namely, interior region and exterior region. The solutions for these two regions are obtained by the method of separation of variables. The analytical expressions for the hydrodynamic coefficients are derived. Computational results are presented for various depth to radius and draft to radius ratios.
This embedded module measures significant wave height and zero crossing periods through spectral energy from a record of time series heave motion. An ARM7TDMI core microcontroller serves as the main control unit which performs the appropriate control and signal conditioning. Monitored wave characteristic is transmitted with satellite modem. Mathematical equations on signal conditioning and experiments procedures are documented in this paper.
The second-order motion characteristics of a semi-submersible are investigated in regular waves. A higher-order boundary element method in a frequency domain and a finite element method in a time-domain were applied to the numerical analysis of the nonlinear hydrodynamic force and motion characteristics of semi-submersibles in view point of potential flow. Various aspects of nonlinear effects on the heave and roll of a semi-submersible were numerically investigated and some selected cases were compared with the model test data.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.4
no.1
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pp.1-9
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2001
An oscillating body motion with extremely large amplitude has been studied using the viscous flow solver. Time simulations of oscillating ship hull in prescribed heave and roll motions are presented using RANS method with FAM approach (Chen, 1995). For viscous flows, laminar flow and turbulent flow with $textsc{k}$-$\varepsilon$ model are considered and compared. The viscous flow solver of RANS method is performed together with a Chimera type of multi-block grid system to demonstrate the advantage of accurate and efficient zonal approach. In the present study, effects of viscosity and oscillation degree are discussed using Re=1000 and Re=1000000. Large motion of oscillating body shows clear vortex propagation that is not possible for inviscid flow to present.
Kim, Tae-Won;Kim, Jin-Hyoung;Kim, Sung-Soo;Ko, Yun-Ho
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.49
no.1
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pp.64-73
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2012
In this paper, a new land preview system using laser range finder based on heave estimation algorithm is proposed. The proposed land preview system is an equipment which measures the shape of forward topography for autonomous vehicle. To implement this land preview system, the laser range finder is generally used because of its wide measuring range and robustness under various environmental condition. Then the current location of the vehicle has to be known to generate the shape of forward topography and sensors based on acceleration such as IMU and accelerometer are generally utilized to measure heave motion in the conventional land preview system. However the drawback to these sensors is that they are too expensive for low-cost vehicle such as mobile robot and their measurement error is increased for mobile robot with abrupt acceleration. In order to overcome this drawback, an algorithm that estimates heave motion using the information of odometer and previously measured topography is proposed in this paper. The proposed land preview system based on the heave estimation algorithm is verified through simulation and experiments for various terrain using a simulator and a real system.
In these days, the world has been increasing navy forces such as aircraft carriers and high-tech destroyers etc. and the importance of submarines is being emphasized. Therefore, accurate values of the derivatives in equations of motion are required to control motion of the submarines. Hydrodynamic derivatives were measured by the vertical planar motion mechanism(VPMM) model test. VPMM equipment gave pure heave and pitch motion respectively to the submarine model and the forces and moments were acquired by load cells. As a result, the hydrodynamic derivatives of the submarine are provided through the Fourier analysis of the forces and moments in this paper.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.6
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pp.485-491
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2017
An experimental study on the reduction of vertical motion of floating body using floating-submerged body interaction was performed in a two-dimensional wave channel. The system consisting of a floating and submerged body that only move vertically was modeled. This experiment was designed based on the results of theoretical analysis of two-body interaction. The results showed a tendency to significant reduction of heave RAO of floating body due to submerged body. Various connection line stiffness and dimension of the submerged body were applied to investigate the effect of two-body interaction on the vertical motion of the bodies, Heave RAOs of the floating-submerged body were compared with those of single body. From the comparison study, we obtained an optimum condition of connection line and dimension of submerged body for maximum heave reduction at the resonant period of single body.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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