Flapping-wing air vehicles, well known for their free vertical take-off and excellent flight capability, are currently under intensive development and research. While most of the studies have explored the effect of various parameters of synchronized motions on the unsteady aerodynamics of flapping wings, limited attention has been given to the effect of nonsynchronous motions on the unsteady aerodynamic characteristics of flapping wings. In the present study, we conducted a numerical analysis to investigate the unsteady aerodynamic characteristics of an airfoil flapping with different frequency ratios between pitch and heave oscillations. We identified the motions and angle of attacks due to nonsynchronous motions. It was found that the synchronous motion produced thrust with zero lift, but the nonsynchronous motion generated a large lift with little drag. The aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the non-synchronous motion were also analyzed using the vorticity distributions and the pressure coefficient around and on the airfoil. When r was equal to 0.5, larger leading and trailing edge vortices were observed compared to the case when r was equal to 1.0, and these vortices significantly affected the aerodynamic characteristics of the airfoil undergoing the nonsynchronous motion. In future, the effect of pitch amplitude on the unsteady aerodynamic characteristics of the airfoil will be studied.
Kim, Seong-Hoon;Seo, Jeong-Uk;Yoon, Young-Won;Park, Myeong-Kwan
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.9
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pp.863-868
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2011
This paper presents a method to achieve a synchronous positioning objective for a dual-cylinder electro-hydraulic system with friction characteristics. The control system consists of a VSC (Variable Structure Controller) for each of the hydraulic cylinders and a PID (Proportional-Integral-Derivative) feedback controller. The PID controller is used for controlling the non-synchronous error generated by both cylinders when motion synchronization is carried out. To enhance the position-tracking performance of the individual cylinders friction characteristics is modeled in model, based on the estimated friction force. The simulation and experimental results show that the proposed method can effectively achieve the objective of position synchronization in the dualcylinder electro-hydraulic system, with maximum synchronization error with ${\pm}2\;mm$.
In the present study, the effect of pitch amplitude on the unsteady aerodynamics of a NACA 0012 airfoil is numerically investigated. When the frequency ratio is equal to 1.0, airfoil pitching with 20 and 30 degrees of pitch amplitude shows almost small lift generation, but the lift is significantly increased in case of 10-degree pitch amplitude. When the frequency is 0.5, the lift coefficients have large values, and the lift increases with a decrease in pitch amplitude. When the frequency ratio is 1.0, the airfoil generates large thrust. The thrust decreases as the pitch amplitude decreases. When the frequency ratio is 0.5, drag is generated for the 30-degree pitch amplitude, but the thrust is generated for 10-degree pitch amplitude. In future, the effect of heave amplitude on the unsteady aerodynamics of the airfoil will be studied.
Body ownership illusion (BOI), which means 'the illusion that a non-bodily object feels like my body', has been actively studied since the Rubber-hand Illusion showed that a person can feel a rubber hand like one's own hand. It has been proven that BOI can be elicited for virtual bodies in virtual reality. Although many studies have been examined the effect of visuomotor (VM) and visuotactile (VT) stimuli, which are mainly used for the elicitation of BOI, there were very limited studies that delivered both stimuli to the whole body at the same time. In this paper, we investigated how each stimulus affects BOI when delivering VM and VT stimulisimultaneously to the virtual avatar, and examined user experience that appears as presence, emotion, and virtual motion sickness. The results showed that BOI was high when VM is synchronous, but there was no significant difference according to VT levels. In the case of presence, it was confirmed that VT affects only when VM is synchronous, and in the case of emotion, both VM and VT affect valence, and in the case of virtual motion sickness, a statistical difference is not found.These results suggest that overall synchrony of VM is important factor in BOI with virtual avatars, but that the matching VT affects subjective experience such as presence when VM is synchronous.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.437-445
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1999
This paper presents a simple modification technique of finite element model for dynamic analysis of linear/nonlinear structural system subjected to multiple support excitation. For the sake of verification of the proposed method, dynamic responses obtained by the present technique for a couple of linear and nonlinear structural systems were compared with those by a general-purpose structural analysis software which can deal with the multi-support analysis. The method presented in this paper is expected to be used for multiple support excitation analysis by means of a computer code without the capability of modeling the non-synchronous support motion.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.8
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pp.875-881
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2014
The redundancy resolution of the seven DOF (Degree of Freedom) upper limb exoskeleton is key to the synchronous motion between a robot and a human user. According to the seven DOF human arm model, positioning and orientating the wrist can be completed by multiple arm configurations that results in the non-unique solution to the inverse kinematics. This paper presents analysis on the kinematic and dynamic aspect of the human arm movement and its effect on the redundancy resolution of the seven DOF human arm model. The redundancy of the arm is expressed mathematically by defining the swivel angle. The final form of swivel angle can be represented as a linear combination of two different swivel angles achieved by optimizing two cost functions based on kinematic and dynamic criteria. The kinematic criterion is to maximize the projection of the longest principal axis of the manipulability ellipsoid of the human arm on the vector connecting the wrist and the virtual target on the head region. The dynamic criterion is to minimize the mechanical work done in the joint space for each of two consecutive points along the task space trajectory. The contribution of each criterion on the redundancy was verified by the post processing of experimental data collected with a motion capture system. Results indicate that the bimodal redundancy resolution approach improved the accuracy of the predicted swivel angle. Statistical testing of the dynamic constraint contribution shows that under moderate speeds and no load, the dynamic component of the human arm is not dominant, and it is enough to resolve the redundancy without dynamic constraint for the realtime application.
In recent years the monitoring of structural behavior through acquisition of vibrational data has become common practice. In addition, recent advances in sensor development have made the collection of diverse dynamic information feasible. Other than the commonly collected acceleration information, Global Position System (GPS) receivers and non-contact, optical techniques have also allowed for the synchronous collection of highly accurate displacement data. The fusion of this heterogeneous information is crucial for the successful monitoring and control of structural systems especially when aiming at real-time estimation. This task is not a straightforward one as measurements are inevitably corrupted with some percentage of noise, often leading to imprecise estimation. Quite commonly, the presence of noise in acceleration signals results in drifting estimates of displacement states, as a result of numerical integration. In this study, a new approach based on a time domain identification method, namely the Unscented Kalman Filter (UKF), is proposed for correcting the "drift effect" in displacement or rotation estimates in an online manner, i.e., on the fly as data is attained. The method relies on the introduction of artificial white noise (WN) observations into the filter equations, which is shown to achieve an online correction of the drift issue, thus yielding highly accurate motion data. The proposed approach is demonstrated for two cases; firstly, the illustrative example of a single degree of freedom linear oscillator is examined, where availability of acceleration measurements is exclusively assumed. Secondly, a field inspired implementation is presented for the torsional identification of a tall tower structure, where acceleration measurements are obtained at a high sampling rate and non-collocated GPS displacement measurements are assumed available at a lower sampling rate. A multi-rate Kalman Filter is incorporated into the analysis in order to successfully fuse data sampled at different rates.
Cavallaro, Rauno;Iannelli, Andrea;Demasi, Luciano;Razon, Alan M.
Advances in aircraft and spacecraft science
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v.2
no.2
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pp.125-168
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2015
Dynamic aeroelastic behavior of structurally nonlinear Joined Wings is presented. Three configurations, two characterized by a different location of the joint and one presenting a direct connection between the two wings (SensorCraft-like layout) are investigated. The snap-divergence is studied from a dynamic perspective in order to assess the real response of the configuration. The investigations also focus on the flutter occurrence (critical state) and postcritical phenomena. Limit Cycle Oscillations (LCOs) are observed, possibly followed by a loss of periodicity of the solution as speed is further increased. In some cases, it is also possible to ascertain the presence of period doubling (flip-) bifurcations. Differences between flutter (Hopf's bifurcation) speed evaluated with linear and nonlinear analyses are discussed in depth in order to understand if a linear (and thus computationally less intense) representation provides an acceptable estimate of the instability properties. Both frequency- and time-domain approaches are compared. Moreover, aerodynamic solvers based on the potential flow are critically examined. In particular, it is assessed in what measure more sophisticated aerodynamic and interface models impact the aeroelastic predictions. When the use of the tools gives different results, a physical interpretation of the leading mechanism generating the mismatch is provided. In particular, for PrandtlPlane-like configurations the aeroelastic response is very sensitive to the wake's shape. As a consequence, it is suggested that a more sophisticate modeling of the wake positively impacts the reliability of aerodynamic and aeroelastic analysis. For SensorCraft-like configurations some LCOs are characterized by a non-synchronous motion of the inner and outer portion of the lower wing: the wing's tip exhibits a small oscillation during the descending or ascending phase, whereas the mid-span station describes a sinusoidal-like trajectory in the time-domain.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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