This paper introduces auxiliary power supply systems (APS) for railroad applications and proposes a new power conversion structure for highly-efficient and lightweight APS systems. The proposed structure focuses on an improvement of the power density in APS. It eliminates unnecessary power conversion stages in the conventional APS structure by modulating the dc/dc converter circuit and the structure of the system. The dc/dc converter circuit used in the proposed structure is based on a multi-level half-bridge converter, a widely used topology in railroad APS applications; a flying capacitor is newly added to the conventional circuit. The added capacitor is used not only to enhance the soft switching condition of the switches, but also so that the new pantograph will have a side voltage source of a battery charger in the APS structure. Since the battery charger uses the pantograph side voltage source in the proposed structure, rather than using the output of the main dc/dc converter in the conventional structure, the size and efficiency of the main dc/dc converter are reduced and increased, respectively. To verify the effectiveness of the proposed structure, simulation results will be presented with metropolitan transit APS specifications.
In case of unmanned aerial vehicles used in modern society, there has been a problem where a human operator should be still needed to control the UAV because of a lower level of autonomy. In this paper, genetic algorithm is selected as a methodology for the autonomy accomplishment and then we verify a possibility of UAV autonomy by applying the GA. The landing is one of the important classical tasks on aerial vehicle and the lunar Landing is one of the most historical events. Autonomy possibility of computer-simulated UAV is verified by landing autonomy method of a falling body equipped with a propulsion system similar to the lunar Lander. When applying the GA, the genom is encoded only with 4 actions (left-turn, right-turn, thrust, and free-fall) and applied onto the falling body, Then we applied the major operations of GA and achieved a success experiment. A major contribution is to construct a simulated UAV where an autonomy of UAV can be accomplished while minimizing the sensor dependency. Also we implemented a test-bed where the possibility of autonomy accomplishment by applying the GA can be verified.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.3
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pp.99-106
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1998
The performance of the turbofan engine, a medium scale civil aircraft which has been developing in Rep. of Korea, was analyzed and the control scheme for optimization the performance was studied. The dynamic and real-time linear simulation was performed in the previous study The result was that the fuel scedule of the step increase overshoot the limit temperature(3105 $^{\cire}R$) of the high pressure turbine and got small surge margine of the high pressure compressor. Therefore a control scheme such as the LQR(Linear Quadratic Regulator) was applied to optimizing the performance in this studies. The linear model was expected for designing controller and the real time linear model was developed to be closed to nonlinear simulation results. The system matrices were derived from sampling operating points in the scheduled range and then the least square method was applied to the interpolation between these sampling points, where each element of matrices was a function of the rotor speed. The control variables were the fuel flow and the low pressure compressor bleed air. The controlled linear model eliminated the inlet temperature overshoot of the high pressure turbine and obtained maximum surge margins within 0.55. The SFC was stabilized in the range of 0.355 to 0.43.
Ejector system is a device to transport a low-pressure secondary flow by using a high-pressure primary flow. Ejector system is, in general, composed of a primary nozzle, a mixing section, a casing part for suction of secondary flow and a diffuser. It can induce the secondary flow or affect the secondary chamber pressure by both shear stress and pressure drop which are generated in the primary jet boundary. Ejector system is simple in construction and has no moving parts, so it can not only compress and transport a massive capacity of fluid without trouble, but also has little need for maintenance. Ejectors are widely used in a range of applications such as a turbine-based combined-cycle propulsion system and a high altitude test facility for rocket engine, pressure recovery system, desalination plant and ejector ramjet etc. The primary interest of this study is to set up an applicable model and operating conditions for an ejector in the condition of sonic and subsonic, which can be extended to the hydrogen fuel cell vehicle. Experimental and theoretical investigation on the sonic and subsonic ejectors with a converging-diverging diffuser was carried out. Optimization technique and numerical simulation was adopted for an optimal geometry design and satisfying the required performance at design point of ejector for hydrogen recirculation. Also, some sonic and subsonic ejectors with the function of changing nozzle position were manufactured precisely and tested for the comparison with the calculation results.
Ejector system is a device to transport a low-pressure secondary flow by using a high-pressure primary flow. Ejector system is, in general, composed of a primary nozzle, a mixing section, a casing part for suction of secondary flow and a diffuser. It can induce the secondary flow or affect the secondary chamber pressure by both shear stress and pressure drop which are generated in the primary jet boundary. Ejector system is simple in construction and has no moving parts, so it can not only compress and transport a massive capacity of fluid without trouble, but also has little need for maintenance. Ejectors are widely used in a range of applications such as a turbine-based combined-cycle propulsion system and a high altitude test facility for rocket engine, pressure recovery system, desalination plant and ejector ramjet etc. The primary interest of this study is to set up an applicable model and operating conditions for an ejector in the condition of sonic and subsonic, which can be extended to the hydrogen fuel cell vehicle. Experimental and theoretical investigation on the sonic and subsonic ejectors with a converging-diverging diffuser was carried out. Optimization technique and numerical simulation was adopted for an optimal geometry design and satisfying the required performance at design point of ejector for hydrogen recirculation. Also, some ejectors with a various of nozzle throat and mixing chamber diameter were manufactured precisely and tested for the comparison with the calculation results.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.13
no.2
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pp.170-187
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2012
Recent years have seen an outpour of revived interest in the use of airships for a number of applications.Present day developments in materials, propulsion, solar panels, and energy storage systems and the need for a more eco-oriented approach to flight are increasing the curiosity in airships, as the series of new projects deployed in recent years show; moreover, the exploitation of the always mounting simulation capabilities in CAD/CAE, CFD and FEA provided by modern computers allow an accurate design useful to optimize and reduce the development time of these vehicles.The purpose of this contribution is to examine the different aspects of airship development with a review of current modeling techniques for airship dynamics and aerodynamics along withconceptual design and optimization techniques, structural design and manufacturingtechnologies and, energy system technologies. A brief history of airships is presented followed by an analysis of conventional and unconventional airships including current projects and conceptual designs.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.565-578
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2016
A probabilistic based systems approach is addressed in this study for the reliability prediction of solid rocket motors (SRM). To achieve this goal, quantitative Failure Modes, Effects and Criticality Analysis (FMECA) approach is employed to determine the reliability of components, which are integrated into the Fault Tree Analysis (FTA) to obtain the system reliability. The quantitative FMECA is implemented by burden and capability approach when they are available. Otherwise, the semi-quantitative FMECA is taken using the failure rate handbook. Among the many failure modes in the SRM, four most important problems are chosen to illustrate the burden and capability approach, which are the rupture, fracture of the case, and leak due to the jointed bolt and O-ring seal failure. Four algorithms are employed to determine the failure probability of these problems, and compared with those by the Monte Carlo Simulation as well as the commercial code NESSUS for verification. Overall, the study offers a comprehensive treatment of the reliability practice for the SRM development, and may be useful across the wide range of propulsion systems in the aerospace community.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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1998.05a
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pp.371-376
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1998
This paper describes an approach to a speed estimation method to remove speed sensor of underwater robot's AC drive systems. AC motors have been widely used in the field of underwater robot's manipulator or propulsion system. Most of these AC motors for underwater use have usually filled oil to compensate the high pressure in deep-sea operation, where a resolver is adopted to feed back the speed of rotor But this kind of speed feedback devices gives rise to some defects arising from their mechanical complexity and numerous signal lines; a resolver needs 6 or 7 signal lines for proper operation. This paper presents a speed estimation method to improve these problems of induction motor, which is adopted as a prototype of AC motor. The proposed speed estimation method is based on the RFO(rotor flux orientation) vector control method of voltage-fed AC drives. Using the controller of voltage-fed AC drives, it is unnecessary to measure the voltage for the estimation of rotor speed, which reduces the effects of measurement error Numerical simulation is carried out to investigate the validity of the method and the effects of rotors resistance variation.
This paper presents a conceptual design approach of air-cored synchronous machine with high temperature superconductor (HTS) field winding. With a given configuration of a target machine, boundary conditions are set in the cylindrical coordinate system and analytic field calculation is performed by solving a governing equation. To set proper boundary conditions, current distributions of the field winding and the armature winding are expressed by the Fourier expansion. Based on analytic magnetic field calculation results, key machine parameters are calculated: 1) inductance, 2) critical current of field winding, 3) weight, 4) HTS conductor consumption, and 5) efficiency. To investigate all potential design options, 6 sweeping parameters are determined to characterize the geometry of the machine and the parameter calculation process is performed for each design options. Among design options satisfying constraints including >80 % critical current margin and >95 % efficiency, in this paper, a first-cut design was selected in terms of overall machine weight and HTS conductor consumption to obtain a lightweight and economical design. The goal is to design a 5-MW machine by referring to the same capacity machine that was previously constructed by another group. Our design output is compared with finite element method (FEM) simulation to validate our design approach.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.6
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pp.644-652
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2013
This paper describes the development and field experiments of Manta-type Unmanned Underwater Vehicle (UUV). Various simulations for Manta UUV are performed by using the nonlinear 6-DOF motion of equations. Through this simulation we verified the motion performances of Manta UUV. To acquire the blueprint of Manta UUV, it was designed with the simulation results. The Manta UUV uses a Doppler Velocity Log (DVL), gyrocompass, GPS, pressure sensor and other minor sensors, applied to measure the motion, position and path of Manta UUV. For its propulsion and changing a direction in the underwater, one vertical fin and four horizontal fins are installed at the hull of UUV. The Manta UUV system was verified with motion and autonomous navigation test at field.
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