Nguyen, Anh Phuc;Hwang, Jai-Hyuk;Hwang, Yong-Ha;Bae, Jae-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.5
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pp.54-68
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2018
The objective of this study is to analyze the effect of dynamic characteristics of the check valve applied to the small piezoelectric-hydraulic pumps on flow rate formation. The flow rate of the piezoelectric-hydraulic pump is a key factor in the formation of the load pressure to operate the brake system. At this time, the natural frequency of the check valve operating in the fluid has a great influence on the formulation of the flow rate of the piezoelectric-hydraulic pump. In addition, the natural frequency of the check valve is affected by the gap between the check valve and the pump seat. In this study, the natural frequency of the check valve according to the gap between the check valve and the pump seat was calculated through the fluid-structure interaction analysis. The flow rate obtained from the simulation result was verified by comparing it with the result from the flow rate experiment using the developed piezoelectric-hydraulic pump.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.9
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pp.822-829
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2015
In this paper, the piezoelectric-hydraulic pump with a piezostack actuator as a driving source has been designed, fabricated, and evaluated for its application to UAV's brake system. The performance requirements of the piezoelectric-hydraulic pump were decided based on the requirements analysis of the target aircraft brake system. The geometric design of the piezoelectric-hydraulic pump to meet the performance requirements of the pump was conducted, and all components of the pump including the spring sheet type check valves were machined with close tolerance. By constructing a test apparatus for the performance check of the piezoelectric-hydraulic pump, the performance characteristics of the pump, such as the outlet flow rate for load-free condition and the outlet oil pressure for closed loop condition, have been evaluated. It has been found by the performance test result that the developed piezoelectric-hydraulic pump satisfies the design requirements effectively.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.11
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pp.963-970
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2015
In this study, the pressurization characteristics of the small piezoelectric hydraulic pump for a brake system has been analyzed through modeling the full hydraulic pump components; the pump chamber, check valve, pump load, pump drive controller etc. To analyze the pressurization characteristics, the process of charging pressure in the chamber with stacked-layer piezoelectric actuator were firstly modeled. Secondly, the flow coefficient of the check valve in terms of valve opening has been calculated after computational fluid dynamics analysis, such as the pressure distribution around check valve and the flow rate, was conducted. Also the pump driving controller, which controls the input voltage to the actuator, was designed to make the load pressure follow the input pressure command. The simulation results find that it takes about 0.03ms to reach the operating load pressure required for the braking system. The simulation result was also verified through comparison to the result of the pump performance test.
In this paper, we present a mathematical model of the piezoelectric pump and its application to the automobile brake system. The piezoelectric pump consists of a multi-layered piezoelectric element a diaphragm, pumping values, resonant pipes and accumulators, and the maximum pumping power of 62W nab obtained in the previous experiments by using the piezoelectric element of 22mm diameter and 55.5mm length. A detailed mathematical model of the pump is derived here by considering the compressibility of the working oil, nonlinear characteristics of piezoelectric element, the time delay of pumping values' action and be on. The validity of the model is illustrated by comparing the experimental data and the simulation results. Using the mathematical model of the piezoelectric pump, a brake system for automobile disk brake is also simulated in this paper. The brake system consists of a piezoelectric pump as a power source, calipers and its piston to generate brake force, and a three position solenoid value to change the brake situation. It is shown that 15mm/sec of piston speed and 20kN of piston force are obtained by using the piezoelectric element of 33mm diameter and 55.5mm length.
In this study, a new check valve was studied to improve the load pressure of a brake system with a small piezoelectric-hydraulic pump. During the pressurization process, the steady-state pressure at the load is affected by the ratio of the cross-sectional area of the check valve the chamber pressure and load pressure. Since the flow path cover of the check valve is made wider than the cross-sectional area of the output flow to prevent backflow, a method of reducing the area ratio is proposed for a higher load pressure by mounting an additional mass to a thin plate spring type check valve. To identify the effect of mounting an additional mass to the existing check valve on the load pressure, a simple brake system with a small piezoelectric-hydraulic pump was modeled using a commercial code AMESim. The AMESim modeling was verified by comparing the simulation results with the experimental results of the pump the existing check valve. The additional mass was added to the verified AMESim modeling and higher load pressure was able to be obtained through simulation. The 35% performance improvement in load pressure identified by carrying out pressurization test of the brake system after adopting the new check valve the small piezoelectric-hydraulic pump.
Jin, Xiao Long;Ha, Ngoc San;Li, Yong Zhe;Goo, Nam Seo;Woo, Jangmi;Ko, Han Seo;Kim, Tae Heun;Lee, Chang Seop
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.16
no.4
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pp.520-528
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2015
The piezoelectric-hydraulic actuator is a hybrid device that consists of a hydraulic pump driven by a piezo-stack coupled to a conventional hydraulic cylinder. The actuator is of compact size, but can produce a moderate energy output. Such hybrid actuators are currently being researched and developed in many industrialized countries due to the requirement for high performance and compact flight systems. In a previous study, we designed and manufactured a unidirectional hybrid actuator. However, the blocking force was not as high as expected. Therefore, in this study, we redesigned the pump chamber and hydraulic cylinder and also improved the system by removing the air bubbles. Two different types of piezo-stacks were used. In order to achieve bidirectional capabilities in the actuator, commercial solenoid valves were used to control the direction of the output cylinder. Experimental testing of the actuator in unidirectional and bidirectional modes was performed to examine performance issues related to driving frequency, bias pressure, reed valve thickness, etc. The results showed that the maximum blocking force was measured as 970.2N when the frequency was 185Hz.
In this study, the design of compound smart materials hydraulic pump that can be applied to a small-medium size UAV having a limited space envelope and weight has been conducted. Compound Smart Material Pump(CSMP) proposed in this paper is composed of a pressurize pump and a flow pump for supplying the high pressure and fluid displacement to overcome the disadvantages of the piezoelectric actuator which has a small strain. Though this compound smart material pump has been designed as small size and lightweight as possible, it can sequentially supply the sufficient large flow rate and pressure required for the brake operation. For the design of CSMP, about 2,700 kg (6,000 lb) class fixed wing manned aircraft was selected. Based on the established requirements, the design of the CSMP have been done by strength, vibration, and fluid flow analysis.
Xuan, Zhefeng;Jin, Tailie;Goo, Nam Seo;Bae, Byung-Woon;Kim, Tae-Heun;Ko, Han Seo;Yoon, Ki-Won
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.1
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pp.25-30
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2013
The piezoelectric-based hydraulic actuator is a hybrid device consisting of a hydraulic pump driven by piezoelectric stacks that is coupled to a conventional hydraulic cylinder via a set of fast-acting valves. Nowadays, such hybrid actuators are being researched and developed actively in many developed countries by requirement of high performance and compact flight system. In this research, operation principle and performance testing of the hybrid actuator were introduced. Output velocities have been measured in both loaded case and not loaded case and the blocking force also has been measured in external loaded case. The maximum velocity of the actuator is 53.3 mm/s, blocking force is 240.7 N and corresponding power output is 3.2 W.
In this paper, an equivalent brake hydraulic circuit with a piezoelectric hydraulic pump was constructed, and load pressure control for better pressurization/depressurization characteristics was conducted. To understand pressurization/depressurization characteristics of the equivalent hydraulic circuit, the relation between the load pressure and the input voltage was revealed experimentally. Experiments were also conducted to observe effect of the solenoid valve on depressurization characteristics. In the pressurization experiment, it was validated that transient response time required to achieve desired load pressure may be reduced through voltage control to change pressurization gradient. By applying the valve on/off time control and voltage control, it was also possible to reduce response time in the depressurization process. Therefore, transient response time may be improved within 10ms for pressurization and within 30 ms for depressurization using the control technique suggested in this study. The load pressure control method proposed in this study is useful for controlling load pressure of a hydraulic brake system with the piezoelectric hydraulic pump.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.18
no.3
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pp.213-219
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2015
Piezoelectric-based hydraulic actuator is a hybrid device consisting of a hydraulic pump driven by piezoelectric stacks that is coupled to a conventional hydraulic cylinder via a set of fast-acting valves. Nowadays, such hybrid actuators are being researched and developed actively in many developed countries by requirement of high performance and compact flight system. In this research, a piezoelectric hybrid actuator has been designed and tested. To achieve bi-directional capabilities in the actuator, solenoid valves were used to control the direction of output fluid. The experimental testing of the actuator in uni-directional and bi-directional modes was performed to examine performance issues related to the solenoid valves. The results showed that the bi-directional performance was slightly lower than uni-directional performance due to air bubble developed in the valve system. A new design to solve the vacuum problem has been proposed to improve the performance of the hybrid actuator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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