Nonlinear Dynamics of Aeroelastic Systems

2000 ◽  
Author(s):  
Earl H. Dowell

Abstract Aeroelastic systems are those that involve the coupled interaction between a convecting fluid and a flexible elastic structure. The nonlinear dynamical response of such systems is of great current interest. Existing aircraft are known to encounter limit cycle oscillations (LCO) in certain flight regimes, and relatively simple experimental wind tunnel models have been designed to exhibit LCO as well. In the present paper, the results of these wind tunnel experiments are discussed and compared to comparable results from mathematical models. The physical models include (1) an airfoil and a control surface attached with an elastic spring including free-play and (2) a delta wing with elastic geometrical nonlinearities due to bending and torsional deformations. Both self-excited oscillations such as flutter and LCO, as well as forced oscillations due to an aerodynamic gust, are discussed. The advantages of representing the unsteady aerodynamic flow field in terms of global modes for such studies are emphasized and illustrated.

2015 ◽  
Vol 119 (1222) ◽  
pp. 1585-1599 ◽  
Author(s):  
G. Stenfelt ◽  
U. Ringertz

AbstractThe design and building of accurately scaled aeroelastic wind-tunnel models is difficult, time consuming and very costly. With the increasing usefulness of computational methods for predicting aeroelastic phenomena, few complex models have been built in recent years. New fighter aircraft projects are also becoming more and more scarce, and transport aircraft have essentially the same configuration since half a decade. This also significantly reduces the need for aeroelastic wind-tunnel models. However, there still is an interest in the results from aeroelastic testing. In some cases new and radical configurations may warrant wind-tunnel testing and in other cases complex phenomena arising in fight testing may need carefully performed experiments to resolve problems. However, there is definitely a trend towards building models and performing testing in the support of the development of computational methods.The developments in computer technology do not only improve the computational methods for aeroelasticity. Modern Computer Aided Design and Manufacturing techniques can significantly improve the quality and efficiency of the design and build process for aeroelastic models. There have also been some recent improvements in measurement techniques which have proven very useful for testing of aeroelastic wind-tunnel models. The paper will present some new design and build techniques developed for the manufacturing of a large scale wind-tunnel model of a canard delta wing fighter aircraft configuration. In the build process fiber-reinforced composites will be used, hence, challenges and possible solutions concerning the ability to produce a model with well defined material properties and fiber angles will be discussed. Further challenges arise when both measurement equipment and adjustable control surfaces should be attached inside the model using techniques that are possible to describe with computational methods. In addition, equipment, such as pressure taps, and control surface mechanics need to fit and function in a flexible structure. As a result, the above requirements will lead to necessary compromises in the design, hence, the paper will present the choices taken during the build process and for which reasons. The use of an optical positioning measurement system will also be discussed for both the validation of model properties and non-contact measurement of model deformations during wind-tunnel testing.


Energies ◽  
2019 ◽  
Vol 12 (12) ◽  
pp. 2452 ◽  
Author(s):  
Robert Fontecha ◽  
Frank Kemper ◽  
Markus Feldmann

The development of wind turbine technology has led to higher and larger wind turbines with a higher sensitivity to dynamic effects. One of these effects is the aerodynamic damping, which introduces favorable damping forces in oscillating wind turbines. These forces play an important role in the turbine lifetime, but have not yet been studied systematically in detail. Consequently, this paper studies the plausibility of determining the aerodynamic damping of wind turbines systematically through wind tunnel experiments using the forced oscillation method. To this end, a 1:150 scale model of a prototype wind turbine has been fabricated considering Reynolds number effects on the blades through XFOIL calculations and wind tunnel measurements of airfoil 2D-section models. The resulting tower and wind turbine models have been tested for different operation states. The tower results are approximate and show low aerodynamic damping forces that can be neglected on the safe side. The measured aerodynamic damping forces of the operating turbine are compared to existing analytic approaches and to OpenFAST simulations. The measured values, although generally larger, show good agreement with the calculated ones. It is concluded that wind tunnel forced oscillations experiments could lead to a better characterization of the aerodynamic damping of wind turbines.


2011 ◽  
Vol 60 (1) ◽  
pp. 87-102 ◽  
Author(s):  
Andrea Farsang ◽  
József Szatmári ◽  
Gábor Négyesi ◽  
Máté Bartus ◽  
Károly Barta

Összefoglalva megállapítható, hogy nagyobb szélsebesség hatására több talajanyag erodálódott, és ezzel együtt megnőtt az áthalmozott tápanyag mennyisége is. Minden vizsgált szélsebesség esetében a szélerózió következtében 3–7%-kal megnőtt az 1 mm és annál nagyobb szemcsék, illetve aggregátumok aránya a kiindulási talajanyag felső 0–1 cm-es rétegében. A finomabb szemcse-, illetve aggregátum-átmérők esetén a fújatást követően csökkenést tapasztaltunk. A leginkább a 315 μm és az annál kisebb szemcsék aránya csökkent, átlagosan 1–2%-kal. A minták kémiai és fizikai elemzéseiből megállapítható, hogy a láda utáni humuszosabb, aggregátumosabb szerkezetű minták N-tartalma nagyobb, mint az alapmintáé. A fogók mintáiban nem tapasztaltunk feldúsulást egy vizsgált elem esetében sem, a fogókban összegyűlt talajanyag kálium- és foszfortartalma is kisebb volt, mint az alapmintáé. Ennek oka, hogy az itt csapdázódott üledékben kisebb a tápanyag-megkötődés helyéül szolgáló leiszapolható rész aránya, mint a kiindulási talajanyagban. A vizsgálatainkból látszik, hogy a szélerózió hatására a lebegtetve, illetve ugráltatva áthalmozott talajszemcsékkel és aggregátumokkal szállított humusz 500–3500 kg/ha nagyságrendben mozoghat a vizsgált csernozjom területen akár egyetlen szélesemény hatására is. A kálium-áthalmozódás mértéke elérheti a 100 kg/ha értéket, a foszforé a 70 kg/ha-t, a nitrogénveszteség mértéke pedig akár 200–300 kg/ha is lehet egy szélesemény alkalmával. E tápanyagmennyiség nagy része több száz méter, de akár kilométeres távolságokra is távozhat a területről. Az általunk végzett szélcsatornás vizsgálatok eredményei becslésnek tekinthetők, hiszen vizsgálatunk során növénymaradvány-mentes, szitált és légszáraz talajanyaggal dolgoztunk. A szitálás eredményeként csupán a 2 mm-es és annál kisebb aggregátumok maradtak meg, ami azonban az intenzív művelés alá vont, porosodott, leromlott szerkezetű talajfelszín körülményeit jól közelíti. Ugyanakkor a természetben zajló széleróziós eseményeknek a szélcsatorna-kísérlet csak leegyszerűsített modellváltozata, hiszen az általunk szimulált szélesemények 15 percig tartottak, s nem tudtunk széllökéseket előállítani, melyek a széleróziós események alakulásában nagy jelentőségűek. Ennek tudatában kell a kapott eredményeket értékelni, mégis érdemes velük foglalkozni. A terepi mérésekkel szemben a szélcsatornában végzett vizsgálatoknak éppen az a legfontosabb előnye, hogy ellenőrzött, kontrollált körülmények között végezzük a méréseket, így rengeteg olyan szempontot meg tudunk vizsgálni, amit terepi mérésekkel lehetetlen lenne. Ilyen szempontok a pontos szélsebesség és szélirány hatása, az erodált felület nagysága és tulajdonságai. Kutatásunk következő lépése a szélcsatornás kísérletekkel vizsgált mintaterületeken terepi, mobil szélcsatornás vizsgálatok végzése, valamint terepi üledékcsapdák elhelyezésével a valós szélesemények által elszállított talaj mennyiségének és minőségének meghatározása. Célunk mind pontosabb képet alkotni a hazai jó minőségű csernozjom talajok szélerózió okozta tápanyagveszteségének mértékéről. A mezőgazdasági művelés alatt álló csernozjom területek feltalajában a tápanyag és szerves anyag szélerózió útján történő mozgási törvényszerűségeinek feltárása több szempontból is hasznos: segítséget jelent a területi tervezésben, a defláció szempontjából optimális területhasználat és művelési módok meghatározásában. Képet kapunk arról, hogy a legnagyobb gazdasági potenciállal rendelkező termőtalajunk milyen veszélyeknek van kitéve, s hogy a nem megfelelő időben, nem megfelelő nedvességviszonyok mellett történő talajművelés következtében kialakuló szerkezetromlás (porosodás) miatti deflációs károk milyen tápanyagveszteséggel járhatnak együtt.


2018 ◽  
Vol 65 (1) ◽  
pp. 93-125
Author(s):  
G. Bordogna ◽  
J.A. Keuning ◽  
R.H.M. Huijsmans ◽  
M. Belloli

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document