Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.49
no.7
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pp.529-537
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2021
Wind tunnel tests were carried out with a scramjet high speed vehicle. Since the scramjet engine does not have a compressor, it has a simple structure, but it is important to design the intake for the supersonic combustion in the combustion chamber. In this study, internal flow characteristics and the starting condition were analyzed by measuring the pressure at the isolator exit just before the combustion chamber, and the intake performance parameters were calculated and compared the result on every Mach number. The aerodynamic characteristics of the flow-through high speed vehicle were analyzed and internal drag correction is required to precisely analyze the aerodynamic characteristics. In this paper, an experimental technique using three probes for internal drag correction was proposed. By applying internal drag correction, it was able to figure out the effect of the internal flow on the aerodynamic force of the vehicle.
An airship is statically unstable, because it has no wing, comparatively small tail and large hull. Hence, an accurate prediction of dynamic stability is critical. In this study, dynamic stability data of the Mid-Size Airship is acquired through forced oscillation wind tests. The test was done in BAR LAMP which is Birhle Applied Research Inc's facility located in Germany. The test was composed with 16 static runs and 26 dynamic runs. As a result, dynamic characteristics of the airship depends on sideslip angle, angular rate and its direction as well as angle of attack. Generally, it is obtained that 3 directional moments have damping, but normal force, side force, and cross-derivatives are unstable. The dynamic derivatives are not sensitive to control surfaces, but have nonlinear dependency on sideslip angle.
CFD techniques try to find their way in the bridge engineering realm nowadays. However, there are certain fields where they offer superior performance such as conceptual bridge design and bidding design. The CFD studies carried out for the conceptual design of a 425 m length cable-stayed bridge are presented. A CFD commercial package has been employed to obtain for a set of cross-sections the aerodynamic coefficients considering 2D steady state. Additionally, for those cross-sections which showed adequate force coefficients, unsteady 2D simulations were carried out to detect the risk of vortex shedding. Based upon these computations the effect on the aerodynamic behavior of the deck cross-section caused by a number of modifications has been evaluated. As a consequence, a new more feasible cross-section design has been proposed. Nevertheless, if the design process proceeds to a more detailed step a comprehensive set of studies, comprising extensive wind tunnel tests, are required to better find out the aerodynamic bridge behavior.
A number of passive aerodynamic drag reduction methods were applied separately and then in different combinations on an intercity bus model, through wind tunnel studies on a 1:20 scale model of a Mercedes Benz Tourismo 15 RHD intercity bus. Computational fluid dynamics (CFD) modelling was also conducted in parallel to assist with flow visualisation. The commercial CFD package $CFX^{TM}$ was used. It has been found that dramatic reductions in coefficient of drag ($C_D$) of up to 70% can be achieved on the model using tapered and rounded top and side leading edges, and a truncated rear boat-tail. The curved front section allows the airflow to adhere to the bus surfaces for the full length of the vehicle, while the boat-tails reduce the size of the low pressure region at the base of the bus and more importantly, additional pressure recovery occurs and the base pressures rise, reducing drag. It is found that the CFD results show remarkable agreement with experimental results, both in the magnitude of the force coefficients as well as in their trends. An analysis shows that such a reduction in aerodynamic drag could lead to a significant 28% reduction in fuel consumption for a typical bus on intercity or interstate operation. This could translate to a massive dollar savings as well as significant emissions reductions across a fleet. On road tests are recommended.
The spanwise flow structure around a rigid smooth circular cylinder model in cross-flow has been investigated based on the experimental data obtained from a series of wind tunnel tests. Surface pressures were collected at five spanwise locations along the cylinder over a Reynolds number range of $1.14{\times}15^5$ to $5.85{\times}10^5$, which covered sub-critical, single-bubble and two-bubble regimes in the critical range. Separation angles were deduced from curve fitted to the surface pressure data. In addition, spanwise correlations and power spectra analyses were employed to study the spatial structure of flow. Results at different spanwise locations show that the transition into single-bubble and two-bubble regimes could occur at marginally different Reynolds numbers which expresses the presence of overlap regions in between the single-bubble regime and its former and later regimes. This indicates the existence of three-dimensional flow around the circular cylinder in cross-flow, which is also supported by the observed cell-like surface pressure patterns. Relatively strong spanwise correlation of the flow characteristics is observed before each transition within the critical regime, or formation of first and second separation-bubbles. It is also noted that these organized flow structures might lead to greater overall aerodynamic forces on a circular cylinder in cross-flow within the critical Reynolds number regime.
To investigate the effects of central buckles on the dynamic behavior and flutter stability of long-span suspension bridges, four different connection options between the main cable and the girder near the mid-span position of the Aizhai Bridge were studied. Based on the flutter derivatives obtained from wind tunnel tests, formulations of self-excited forces in the time domain were obtained using a nonlinear least square fitting method and a time-domain flutter analysis was realized. Subsequently, the influences of the central buckles on the critical flutter velocity, flutter frequency, and three-dimensional flutter states of the bridge were investigated. The results show that the central buckles can significantly increase the frequency of the longitudinal floating mode of the bridge and have greater influence on the frequencies of the asymmetric lateral bending mode and asymmetric torsion mode than on that of the symmetric ones. As such, the central buckles have small impact on the critical flutter velocity due to that the flutter mode of the Aizhai Bridge was essentially the symmetric torsion mode coupled with the symmetric vertical mode. However, the central buckles have certain impact on the flutter mode and the three-dimensional flutter states of the bridge. In addition, it is found that the phenomenon of complex beat vibrations (called intermittent flutter phenomenon) appeared in the flutter state of the bridge when the structural damping is 0 or very low.
When heat generated inside a large factory building is not discharged due to a stagnant flow, the working environment of workers becomes worse and the cooling of high-temperature products such as hot-rolling coils is delayed. To investigate the natural ventilation inside a large factory building, experimental studies were carried out using wind-tunnel tests. The scale-down factory building models were placed in an atmospheric boundary layer (ABL) and the mean and fluctuating velocity fields were measured using a particle image velocimetry (PIV) technique. For the prototype factory model, the outdoor air is only entrained into the factory building through the one-third open windward wall, and stagnant flow is formed in the rear part of the target area. In order to improve the indoor ventilation environment of the factory building, three different louver-type ventilators were attached at the upper one-third open windward wall of the factory model. Among the three louver ventilators tested in this study, the ventilator model #3 with the outer louver (${\theta}_o$ = 90$^{\circ}$) and the inner louver (${\theta}_i$ = -70$^{\circ}$) was found to improve the natural ventilation inside the factory building model effectively. The flow rate of the entrained air was increased with aligning the outer louver blades with the oncoming wind and guiding the entrained air down to the ground surface with elongated inner louver blades.
The flow interaction between two identical neighboring twin square prisms in a staggered arrangement in an open terrain was investigated experimentally. The downwind prism was mounted on a rigid-aeroelastic setup in an open-terrain boundary layer flow to measure its acrosswind root-mean-square responses and aerodynamic damping ratios. By varying the relative location of the upwind prism and the Scruton number associated with the downwind prism, the acrosswind aeroelastic behavior of the downwind prism was analyzed and compared to that of an isolated one. Results showed that the acrosswind root-mean-square response of the downwind prism could be either suppressed or enhanced by the wake flow produced by the neighboring upwind prism. Besides the assessment of the wake effect of the downwind prism, finally, regressed relationships were presented to describe the variation of the aerodynamic damping ratio so as to predict its acrosswind fluctuating response numerically.
The vortex-drift pattern over a girder surface, actually demonstrating the complex fluid-structure interactions between the structure and surrounding flow, is strongly correlated with the VIVs but has still not been elucidated and may be useful for modeling VIVs. The complex fluid-structure interactions between the structure and surrounding flow are considerably simplified in constructing a vortex model to describe the vortex-drift pattern characterized by the ratio of the vortex-drift velocity to the oncoming flow velocity, considering the aerodynamic work. A spring-suspended sectional model (SSSM) is used to measure the pressure in wind tunnel tests, and the aerodynamic parameters for a typical streamlined closed-box girder are obtained from the spatial distribution of the phase lags between the distributed aerodynamic forces at each pressure point and the vortex-excited forces (VEFs). The results show that the ratio of the vortex-drift velocity to the oncoming flow velocity is inversely proportional to the vibration amplitude in the lock-in region and therefore attributed to the "lock-in" phenomena of the VIVs. Installing spoilers on handrails can destroy the regular vortex-drift pattern along the girder surface and thus suppress vertical VIVs.
Open decks are a widely used deck configuration in long-span cable-stayed bridges; however, incorporating aerodynamic countermeasures are advisable to achieve better aerodynamic performance than a bluff body deck alone. A sectional model of an open deck cable-stayed bridge with a main span of 400 m was selected to conduct a series of wind tunnel tests. The influences of five practical aerodynamic countermeasures on flutter and vortex-induced vibration (VIV) performance were investigated and are presented in this paper. The results show that an aerodynamic shape selection procedure can be used to evaluate the flutter stability of decks with respect to different terrain types and structural parameters. In addition, the VIV performance of $\prod$-shaped girders for driving comfortableness and safety requirements were evaluated. Among these aerodynamic countermeasures, apron boards and wind fairings can improve the aerodynamic performance to some extent, while horizontal guide plates with 5% of the total deck width show a significant influence on the flutter stability and VIV. A wind fairing with an angle of $55^{\circ}C$ showed the best overall control effect but led to more lock-in regions of VIV. The combination of vertical stabilisers and airflow-depressing boards was found to be superior to other countermeasures and effectively boosted aerodynamic performance; specifically, vertical stabilisers significantly contribute to improving flutter stability and suppressing vertical VIV, while airflow-depressing boards are helpful in reducing torsional VIV.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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