Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Steady and unsteady analysis of NACA 0018 airfoil in vertical-axis wind turbine

Rogowski K., Hansen M. O. L., Maroński R.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2018

|

Vol. 56 nr 1

203--212

EN

Numerical results are presented for aerodynamic unsteady and steady airfoil characteristics of the NACA 0018 airfoil of a two-dimensional vertical-axis wind turbine. A geometrical model of the Darrieus-type wind turbine and the rotor operating parameters used for numerical simulation are taken from the literature. Airfoil characteristics are investigated using the same mesh distribution around the airfoil edges and two turbulence models: the RNG k-ε and the SST Transition. Computed results for the SST Transition model are in good agreement with the experiment, especially for static airfoil characteristics.

2

Numerical Analysis of a Small-Size Vertical-Axis Wind Turbine Performance and Averaged Flow Parameters Around the Rotor

Rogowski K., Maroński R., Piechna J.

Archive of Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. LXIV, nr 2

205--218

EN

Small-scale vertical-axis wind turbines can be used as a source of electricity in rural and urban environments. According to the authors’ knowledge, there are no validated simplified aerodynamic models of these wind turbines, therefore the use of more advanced techniques, such as for example the computational methods for fluid dynamics is justified. The paper contains performance analysis of the small-scale vertical-axis wind turbine with a large solidity. The averaged velocity field and the averaged static pressure distribution around the rotor have been also analyzed. All numerical results presented in this paper are obtained using the SST k- ω turbulence model. Computed power coefficients are in good agreement with the experimental results. A small change in the tip speed ratio significantly affects the velocity field. Obtained velocity fields can be further used as a base for simplified aerodynamic methods.

3

Optimal strategy in chemotherapy for Malthusian model of cancer growth

Maroński R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2017

|

Vol. 19, no. 1

63--68

EN

Purpose: The problem of optimal strategy in cancer chemotherapy is reconsidered. Two incompatible goals should be completed: the number of cancer cells in the patient’s body should be reduced and the toxic effect of the therapy should be minimized. Such problem may be formulated in optimal control. The control function is the amount of the drug administered in the time unit. Methods: The Malthusian model of cell population growth is employed where the rate of increase of the number of cancer cells is proportional to the number of cells in population and an intrinsic rate that usually is assumed to be constant. The performance index is the amount of the drug cumulated in the patient’s body and it is minimized. A non-standard method of optimal control is used – method of Miele. Results: The optimal solutions are obtained for three cases: constant intrinsic rate, monotonically increasing/decreasing intrinsic rate and for periodic intrinsic rate. The optimal control is ununique for the first case – the result is irrespective of the strategy. Such result has been known earlier. The optimal control is unique for other cases and it is of bang-bang type. Conclusions: The ununique solution for constant intrinsic rate is surprising, therefore a mechanical analogy is given. The optimal strategy is in accordance with clinical experience for decreasing intrinsic rate. The optimal control is a periodic function of time for the intrinsic rate of sin/cos type – the drug should be administered, as its value is relatively high.

4

CFD computation of the savonius rotor

Rogowski K., Maroński R.

Journal of Theoretical and Applied Mechanics

|

2015

|

Vol. 53 nr 1

37--45

EN

In this paper, Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis of a two-dimensional two- -bucket Savonius rotor, using ANSYS Fluent solver, is presented. Computational methods of fluid dynamics are used to estimate the aerodynamic forces acting on the rotor, the torque and the power extracted by the Savonius rotor. In addition, an analysis of the results for different turbulence models is performed. Numerical investigations are compared with the experiment of the Sandia National Laboratories.

5

Optimal velocity in the race over variable slope trace

Maroński R., Samoraj P.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2015

|

Vol. 17, no. 2

149--153

EN

The minimum-time running problem is reconsidered. The time of covering a given distance is minimized. The function that should be found is the runner’s velocity that varies with the distance. The Hill-Keller model of motion is employed. It is based on the Newton second law and an equation of power balance. The new element of the current approach is that the trace slope angle varies with the distance. The problem is formulated and solved in optimal control applying the Chebyshev direct pseudospectral method. The essential finding is that the optimal velocity during the cruise is constant regardless of the local slope of the terrain. Such result is valid if the inequality constraints imposed on the propulsive force or the energy are not active.

6

Quasi-periodic control technique for minimizing fuel consumption during record vehicle competition

Sulikowski P., Maroński R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2013

|

Vol. LX, nr 2

185--197

EN

The problem of the optimal driving technique during the fuel economy competition is reconsidered. The vehicle is regarded as a particle moving on a trace with a variable slope angle. The fuel consumption is minimized as the vehicle covers the given distance in a given time. It is assumed that the run consists of two recurrent phases: acceleration with a full available engine power and coasting down with the engine turned off. The most fuel-efficient technique for shifting gears during acceleration is found. The decision variables are: the vehicle velocities at which the gears should be shifted, on the one hand, and the vehicle velocities when the engine should be turned on and off, on the other hand. For the data of students’ vehicle representing the Faculty of Power and Aeronautical Engineering it has been found that such driving strategy is more effective in comparison with a constant speed strategy with the engine partly throttled, as well as a strategy resulting from optimal control theory when the engine is still active.

PL

Rozważono zagadnienie wyznaczenia optymalnej strategii sterowania pojazdem w czasie zawodów pojazdów rekordowych. Pojazd jest modelowany jak punkt materialny poruszający się po trasie o zmiennym kącie pochylenia. Minimalizowana jest ilość zużytego paliwa potrzebna do pokonania zadanego dystansu w zadanym czasie. Opracowano najbardziej efektywną technikę zmiany biegów w czasie przyspieszania. Założono, że pojazd jest napędzany w dwóch trybach: przyspieszania przy pełnej dostępnej mocy silnika i wybiegu, kiedy to silnik jest wyłączony. Zmiennymi decyzyjnymi są: numer biegu oraz prędkość pojazdu, przy której powinno nastąpić jego przełączenie z jednej strony, oraz prędkości pojazdu, przy których silnik powinien być włączony lub wyłączony, z drugiej. Wykorzystując dane pojazdu studentów reprezentujących Wydział Mechaniczny Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej wykazano, że taka strategia jest bardziej efektywna niż strategia jazdy ze stałą prędkością z częściowym dławieniem silnika oraz pewna strategia wynikająca z teorii sterowania optymalnego, gdzie silnik jest stale włączony.

7

Optimization of glider's trajectory for given thermal conditions

Rogowski K., Maroński R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2011

|

Vol. LVIII, nr 1

11-25

EN

The minimum-time problem for a glider flying in the vertical plane is considered. The glider is regarded as a particle moving in the atmosphere in given thermal conditions. The problem is formulated in optimal control and solved using direct pseudospectral Chebysev's method. The data are taken for the Word Class Glider PW-5 "Smyk". Computed optimum results are compared with glider's trajectories from the Second Domestic Glider Championship 2006, Suwałki, Poland.

PL

Rozważono zagadnienie minimalno-czasowe ruchu szybowca w płaszczyźnie pionowej. Szybowiec jest modelowany jak uskrzydlony punkt materialny poruszający się w atmosferze przy zadanych warunkach termicznych. Zagadnienie zostało sformułowane za pomocą formalizmu teorii sterowania optymalnego. Rozwiązano je bezpośrednią pseudospektralną metodą Czebyszewa. Wykorzystano dane dla szybowca Klasy Światowej PW-5 "Smyk". Wyznaczone trajektorie optymalne porównano z trajektoriami uzyskanymi w czasie Drugich Krajowych Zawodów Szybowcowych w Suwałkach w 2006 roku.

8

Minimum-time running: a numerical approach

Maroński R., Rogowski K.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2011

|

Vol. 13, no. 2

83-86

EN

The article deals with the minimum-time running problem. The time of covering a given distance is minimized. The Hill-Keller model of running employed is based on Newton's second law and the equation of power balance. The problem is formulated in optimal control. The unknown function is the runner's velocity that varies with the distance. The problem is solved applying the direct Chebyshev's pseudospectral method.

9

Driving techniques for minimizing fuel consumption during record vehicle competition

Rogowski K., Maroński R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2009

|

Vol. LVI, nr 1

27-35

EN

The problem of optimal driving techniques during fuel economy competition is considered. The kinetic model of the record wheeled vehicle is proposed. It is regarded as a particle moving on a trace with variable slope angle. Engine characteristics are taken into account. The fuel consumption is minimized as the vehicle goes over a given distance. The problem is formulated in optimal control. The direct pseudospectral Chebyshev's method is employed. The motion of student's vehicle representing the Faculty of Power and Aeronautical Engineering during Shell Eco-marathon in Nogaro, France, in 2006, is used as an example.

PL

Rozważono zagadnienie wyznaczenia optymalnej strategii sterowania pojazdem w czasie zawodów minimalizacji zużycia paliwa. Zaproponowano model dynamiki pojazdu rekordowego. Pojazd potraktowano jako punkt materialny poruszający się po torze o zmiennym kącie pochylenia. Uwzględniono charakterystyki silnika. Minimalizowano zużycie paliwa potrzebne do pokonania zadanego dystansu. Zagadnienie rozwiązano metodami sterowania optymalnego. Zastosowano bezpośrednią pseudospektralną metodę Czebyszewa. W charakterze przykładu rozważono przejazd pojazdu studentów Wydziału Mechanicznego Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej w Nogaro, Francja, w 2006 roku.

10

Optimal strategy in chemotherapy for a Gompertzian model of cancer growth

Maroński R.

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2008

|

Vol. 10, nr 2

81-84

EN

The problem of optimal cancer chemotherapy is reconsidered. For the assumed result of the therapy the cumulative negative toxic effect of the drug is minimized. The unknown function to be optimized is the time-dependent dose of the drug. The Gompertzian model of cell population growth is employed. The formulated problem of the calculus of variations is solved using the method of Miele (the method of extremization of linear integrals via Green’s theorem). The optimal solution is unique and of “bang-bang” type with one switching point.

11

Optimal strategy in cancer chemotherapy for exponential model of cell population growth

Maroński R.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

2006

|

z. 26

231-234

EN

The problem of optimal cancer chemotherapy is reconsidered. The cumulative negative toxic effect of the drug is minimized for the assumed destruction result at the end of the therapy. The control function to be optimized is time-dependent dose of the drug. A exponential model of growth of the cancer cell population is employed. It is known that for constant intrinsic rate the solution of the problem is ununique - different strategies give the same result of the therapy. If intrinsic rate is a variable monotonic function of time the solution of the problem is unique and it is of "bang-bang" type with one switching point. The method of extremization of linear integrals via Green's theorem is applied.

12

Commercial airplane trajectory optimization by a Chebyshev pseudospectral method.

Panasz P., Maroński R.

Archive of Mechanical Engineering

|

2005

|

Vol. LII, nr 1

5-19

EN

The paper presents application of direct pseudospectral Chebyshev method for solving a commercial airplane trajectory optimization problem. The method employs Nth-degree Lagrange polynominal approximations for the state and control variables with the values of these variables of the Chebyshev-Gauss-Lobatto (CGL) points as the expansion coefficients. This process is convented to a nonlinear programming problem (NLP) with the state and control values at the CGL points as unknown NLP parameters. The kinetic model of flight is formulated, where it is assumed that an airplane is a particle and the motion takes place in the vertical plane. The method is implemented in Matlab using sequential quadric programming algorithm (SQP) as an efficient solver. Sensitivity analyses are performed concerning the influence of the degree of discretization and the initial approximation on the solution. Three examples of optimized trajectories in presence of wind are shown.

PL

W pracy została zastosowana bezpośrednia, pseudospektralna metoda Czebyszewa do rozwiązywania zadania optymalizacji trajektorii lotu samolotu komunikacyjnego klasy Boeing 767. W metodzie tej zmienne stanu i sterujące obliczane są w punktach Czebyszewa-Gaussa-Lobatto jako współczynniki rozwinięcia w funkcje Lagrange'a. Są one traktowane jako parametry w zagadnieniu programowania nieliniowego z ograniczeniami. Przedstawiono model lotu, w którym samolot traktowany jest jak punkt materialny poruszający się w płaszczyźnie pionowej. Metoda została zaimplementowana w programie Matlab wykorzystując algorytm sekwencyjnego programowania kwadratowego. Wykonano analizy wrażliwości ze względu na stopień dyskretyzacji i przybliżenie.

13

Zastosowanie równania Eulera-Lagrange'a do minimalizacji pracy w lokomocji

Maroński R.

Zeszyty Naukowe Katedry Mechaniki Stosowanej / Politechnika Śląska

|

1999

|

z. 9

179-184

PL

Celem pracy jest pokazanie, że pewne wyniki dotyczące minimalizacji pracy potrzebnej do pokonania oporów ruchu mogą być otrzymane w prosty sposób z równania Eulera-Lagrange'a - warunku koniecznego ekstremum funkcjonału. Równanie to jest na ogół równaniem różniczkowym drugiego rzędu. W przypadku gdy funkcja podcałkowa minimalizowanego funkcjonału liniowo zależy od pochodnej, równanie to degeneruje się do pewnego równania algebraicznego. Krzywa reprezentująca rozwiązanie tego równania nosi nazwę łuku osobliwego. W pracy zostaną przedstawione dwa przypadki minimalizacji pracy potrzebnej do pokonania oporów ruchu: w kolarstwie i wioślarstwie.

EN

It has been shown in the paper, that some results referring to minimization of the work necessary to overcome the resistance of motion may be obtained in the simple way using Euler-Lagrange's equation. In general, this equation is an ordinary differential equation of the second order. If the function in the functional is linear with respect to the derivative it degenerates to an algebraic equation. The curve that represents the solution of this equation is called the singular arc. Two minimization problems of the work necessary to overcome the resistive forces have been considered in cycling and rowing.

14

Metody rachunku wariacyjnego w biomechanice

Maroński R.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

1999

|

z. 179

3-105

PL

W pracy przedstawiono zagadnienia biomechaniki, do rozwiązania których wykorzystano metody rachunku wariacyjnego i teorii sterowania optymalnego. Przedstawiono dwa główne kierunki badań: identyfikacje sił uogólnionych w czasie wykonywania zadania ruchowego i optymalizację wyników sportowych. W monografii przedstawiono przede wszystkim wyniki autora na tle osiągnięć innych badaczy w następujących zagadnieniach: maksymalizacji prędkości dysku lub młota w momencie uwolnienia, minimalizacji czasu w zjeździe narciarskim, minimalizacji czasu w biegach, pływaniu i wyścigach na wózkach inwalidzkich. Monografia zaopatrzona jest w Dodatek, w którym przypomniano podstawowe pojęcia i zagadnienia rachunku wariacyjnego oraz teorii sterownia optymalnego.

EN

The monograph contains a review of the biomechanical problems where methods of calculus of variatons and optimal control are applied. Two main areas are described: predicting the generalized forces during the exercises and the optimization of sports performances. The monograph is focused during on the author`s investigations into: maximization of the hammer or discuss velocity during release, minimization of the time to cover the given distance during ski schuss, minimization of energy expenditure in cycling, minimization of the time to cover the given distance during ski schuss, minimization of energy expenditure in cycling, minimization of the time in running, swimming and wheelchair athletics. This work is supplemented by an Appendix where the basic notions and problems of calculus of variations and optimal control are recalled.