The aeroelastic stability analysis of composite bearingless rotors is investigated using a large deflection beam theory in hover. The bearingless rotor configuration consists of a single flexbeam with a wrap-around type torque tube and the pitch links located at the leading edge and trailing edge of the torque tube. The outboard main blade, flexbeam and torque tube are all assumed to be an elastic beam undergoing flap bending, lead-lag bending, elastic twist and axial deflections, which are discretized into beam finite elements. For the analysis of composite bearingless rotors, flexbeam is assumed to be a rectangular section made of laminate. Two-dimensional quasi-steady strip theory is used for aerodynamic computation. The finite element equations of motion for beams are obtained from Hamilton's principle. The p-k method is used to determine aeroelastic stability boundary. Numerical results are presented for selected bearingless rotor configurations based on the lay-up of laminae in the flexbeam and pitch links location. A systematic study is made to identify the importance of the stiffness coupling terms on aeroelastic stability for various fiber orientation and for different configuration.
Kim, Taejoo;Kee, Youngjoong;Kim, Deog-Kwan;Kim, Seung-Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.7
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pp.561-568
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2013
After we designed Bearingless rotor hub system for 7,000lb class helicopter, flexbeam fatigue analysis was conducted for validation of requirement life time 8,000 hours. sectional structural analysis method applying elastic beam model was used. Fatigue analysis for two sections of flexbeam which were expected to weak to fatigue damage from result of static analysis was conducted. Extension, bending and torsion stiffness of flexbeam section shape was calculated using VABS for structure analysis. S-N curve of two composite material which composed flexbeam was generated using wohler equation. Load analysis of bearingless rotor system was conducted using CAMRAD II and load analysis result was applied HELIX/FELIX standard load spectrum to generate bearingless rotor system load spectrum which was used flexbeam fatigue safe life analysis.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.18
no.2
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pp.35-41
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2014
A rotordynamic analysis is performed for a turbopump of 7 ton class liquid rocket engine considering bearing housing structural flexibility. Stiffness and damping characteristics of ball bearings and pump noncontact seals are reflected in a rotordynamic model. A dynamic model of bearing housing with lumped mass and stiffness is also applied to the rotordynamic analysis. Rotor critical speed and onset speed of instability are predicted from synchronous rotor mass unbalance response and complex eigenvalue analyses. The bearing housing structural flexibility effect on rotordynamic characteristics is investigated for both of bearing loaded and unloaded conditions respectively. From the numerical analysis, it is found that the effect of the housing structural flexibility significantly reduces the rotor critical speed and onset speed of instability.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.60-66
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1996
축어긋남이 존재하는 회전체-볼베어링계의 진동을 묘사할 수 있는 모델을 개발하였다. 축어긋남은 운동 방정식에서 축과 베어링에서의 변위벡터 변화로 묘사되고, 이로 인해 커플링과 베어링에 작용하는 힘과 모멘트는 축어긋남의 효과로서 고려되었다. 축의 유연성을 고려하기 위해 축방향의 동력학을 포함한 축과 원판에 대한 유한 요소 모델을 이용하였으며, 원판과 베어링에서의 불균형 응답으로부터 축어긋남과 관련된 진동특성을 조사하였다.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.6
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pp.80-87
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1998
In this study, the effects of residual shaft bow and flexible bearings of a single disk rotor are investigated. The stiffness coefficients of a shaft with initial deflection are different from those of a straight shaft. The stiffness coefficients are calculated using Castigliano theorem considering initial deflections. The stiffness coefficients, which are obtained in this study, are in good agreement with FEM results. The speed which causes zero amplitude is shown to be the square root of the ratio of residual bow amplitude to unbalance eccentricity in the case of rigid bearings and isotropic flexible bearings, but not in anisotropic bearings.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.10a
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pp.64-69
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1997
정격속도 100,000RPM용 원심분리기(centrifuge) 로터베어링계에 대해 회전체동역학 해석이 수행된다. 시스템은 원심분리기 로터, 유연축, 모터 로터와 축, 그리고 모터축 지지용 두 개의 구름베어링으로 구성된다. 설계목표는 정격속도가 위험속도(critical speed)에 대해 충분한 분리여유를 갖고, 위험속도에서 로터의 양호한 불균형응답특성을 이루어 내는 것이다. 후자의 요구조건은, 시스템이 다수의 위험속도를 통과하며 정격속도 주위에서 충분한 분리 여유를 갖지 않을 수도 있기 때문에 특히 중요하다. 시스템에 초유연축(extra-flexible shaft)을 도입함으로써, 비록 1차 위험속도에서 만족스럽지 못한 큰 불균형응답을 가질지라도 고차 위험속도에서 만족스런 작은 불균형응답을 보인다. 1차 위험속도에서 로터의 큰 변위를 억제하기 위해서 범퍼링(bumper ring) 또는 안내베어링(guide bearing)을 유연축의 적절한 위치에 설치할 필요가 있다. 비록 유연축계라 할지라도 정격속도와 가까운 4차 이상의 고차 위험속도를 정확히 규명하기 위해서는 모터의 동역학을 전체시스템에 결합하여야 함을 볼 수 있다. 해석은 유한요소법(finite element method)에 의해 수행된다.
볼 베어링의 성능에 중요한 영향을 미치는 볼 베어링 특유의 기하학적 형상, 탄성론에 근거한 볼과 궤도륜 사이의 접촉역학 및 구름접촉을 위한 탄성 유체윤활이론을 소개한 후, 축방향 하 중하에서 고속으로 회전하고 있는 볼 베어링의 해석방법을 기술하였다. 소개된 해석 방법이 완박한 것은 아니며, 보다 엄밀한 해석을 위하여 마찰열에 의한 온도상승의 영향을 고려하여야 할 것이다. 또한 해석 결과를 얻기 위하여 효율적인 수치 계산법을 적용한 볼 베어링 해석을 위한 결과를 얻기 위하여 효율적인 수치 계산법을 적용한 볼 베어링 해석을 위한 전용 소프트 웨어를 개발하여야 한다. 외국에서는 이와 같은 컴퓨터 프로그램이 사용되고 있으나, 우리도 독자적으로 전용 소프트웨어를 개발함으로써, 외국의 소프트웨어를 도입하였을 때의 한계를 피 하고, 다양한 응용예마다 가장 효율적인 해석을 할 수 있는 유연성을 가질 필요가 있다고 생각 한다. 구조물 최적설계를 위하여 유한요소 해석 프로그램을 이용하듯이, 이와 같은 전용 해석 소프트웨어를 사용하여 볼 베어링의 최적설계를 할 수 있을 것이다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.12
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pp.135-139
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2017
The main reason for heat accidents occurring at the after stern tube bearing (STB) is excessive local pressure caused by the deflection of the propulsion shaft due to propeller loads. The probability of a heat accident is increased by the low flexibility of the shaft system in very large crude oil carriers (VLCCs) as the engine power and shaft diameter increase and the distance decreases between the forward and after STBs. This study proposed shaft system with only an after STB and no forward STB for a flexibility acquisition method for a VLCC shaft system under hull deformation. A Hertzian contact condition was applied, which assumes a half-elliptical pressure distribution along the contact width for the calculation of the local squeeze pressure. The propeller loads, heat effect, and hull deflection under engine operating conditions are also considered. The results show that the required design criteria were satisfied by building a partial slope at the white metal, which is the material at the axial contact side in the after STB. This system could reduce building cost by simplification of the shaft system.
In this paper, a digital controller of magnetic bearing system for a high vacuum turbomolecular pump (TMP) is designed and examined. For stabilizing and providing damping in magnetic bearing, the digital PID controller is applied for each 5 control axes, and the inter-axis cross feedback controller is also applied to suppress low frequency vibration caused by gyroscopic moment of the rotor at high speed of rotation. The fabricated rotor-shaft has its first flexible natural frequency lower than maximum speed, about 614Hz, so the two lead filters are applied to increase damping of flexible mode. Notch filters with rotating frequency were selected to reduce vibration of the pump housing caused by unbalance load. The implemented controllers are verified by examination of frequency response and rotating test up to 40,000 rpm, which is higher than critical speed of backward flexible mode.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.4
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pp.511-519
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2013
Switching controllers for active magnetic bearings are claimed to minimize the copper losses because they do not use bias currents. In this study, we compare the performances of the switching controller with those of the widely used proportional-derivative (PD) controller. The PD controller is combined with a synchronous notch filter to reduce the effect of the unbalance disturbance. For a fair and objective comparison, the PD controller is designed systematically. The switching controller is designed so that the dynamics of the two controllers are almost identical. A system model is developed. This model includes the flexible modes of the rotor and the dynamics of the sensors and amplifiers. The simulation results show that the switching controller indeed reduces the copper loss at lower speeds. However, it fails to operate around the speed close to the bending mode of the rotor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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