No description available.

No description available.

No description available.

Doctor of Philosophy / Filtered Rayleigh scattering (FRS) is a laser-based measurement technique that makes use of the scattering of light off particles that are much smaller than the wavelength of light that hits them (i.e., Rayleigh scattering of air molecules). The scattered laser light is altered after encountering particles in predictable ways that can be related to changes in velocity, temperature, and density. However, other sources of scattered light interfere with the pure Rayleigh scattering signal such as Mie and background scattering. Mie scattering is the scattering of light off particles that are much bigger than the wavelength of light that hits them (i.e., dust particles suspended in air). Background scattering is the laser light scattered off physical objects that reflect back into the region of interest. The different types of scattering are accounted for with intensive modeling and iterative fitting schemes where the error between simulated data and experimental data is minimized. This fit allows for velocity, temperature, and density information to be extracted from the measured scattered light. This iterative scheme is then applied to experimental measurements on the ground with mini turbojet engines as well as full-scale turbofan engines. A data grouping technique is derived such that the total measured force using FRS can be divided into individual contributions from different parts of the engine. These developed techniques have laid the foundation for future in-flight measurements of engine forces.

Extensive disturbance rejection methods have been established for time-invariant systems. However, the development of these techniques has not focused on application to time-periodic systems in particular until recently. The filtered-X LMS algorithm is regarded as the best disturbance rejection technique for aperiodic systems by many, as has been proven in the acoustics industry for rejecting unwanted noise. Since this is essentially a feedforward approach, we might expect its performance to be good with respect to time-periodic systems in which the disturbance frequency is already known. The work presented in this thesis is an investigation of the performance of the filtered-X LMS algorithm for disturbance rejection in time-periodic systems. Two cases are examined: a generalized linear, time-periodic system and the helicopter rotor blade in forward flight. Results for the generalized system show that the filtered-X LMS algorithm does converge for time-periodic disturbance inputs and can produce very small errors. For the helicopter rotor blade system the algorithm is shown to produce very small errors, with a 96%, or 14 dB, reduction in error from the open-loop system. The filtered-X LMS disturbance rejection technique is shown to provide a successful means of rejecting timeperiodic disturbances for time-periodic systems. / Master of Science

In the last decade acoustic noise has become more and more regarded as a problem. In cars, boats, trains and aircraft, low-frequency noise reduces comfort. Lightweight materials and more powerful engines are used in high-speed vehicles, resulting in a general increase in interior noise levels. Low-frequency noise is annoying and during periods of long exposure it causes fatigue and discomfort. The masking effect which low-frequency noise has on speech reduces speech intelligibility. Low-frequency noise is sought to be attenuated in a wide range of applications in order to improve comfort and speech intelligibility. The use of conventional passive methods to attenuate low-frequency noise is often impractical since considerable bulk and weight are required; in transportation large weight is associated with high fuel consumption. In order to overcome the problems of ineffective passive suppression of low-frequency noise, the technique of active noise control has become of considerable interest. The fundamental principle of active noise control is based on secondary sources producing ``anti-noise.'' Destructive interference between the generated and the primary sound fields results in noise attenuation. Active noise control systems significantly increase the capacity for attenuating low-frequency noise without major increase in volume and weight. This doctoral dissertation deals with the topic of active noise control within the passenger cabin in aircraft, and within headsets. The work focuses on methods, controller structures and adaptive algorithms for attenuating tonal low-frequency noise produced by synchronized or moderately synchronized propellers generating beating sound fields. The control algorithm is a central part of an active noise control system. A multiple-reference feedforward controller based on the novel actuator-individual normalized Filtered-X Least-Mean-Squares algorithm is introduced, yielding significant attenuation of such period noise. This algorithm is of the LMS-type, and owing to the novel normalization it can also be regarded as a Newton-type algorithm. The new algorithm combines low computational complexity with high performance. For that reason the algorithm is suitable for use in systems with a large number of control sources and control sensors in order to reduce the computional power required by the control system. The computational power of the DSP hardware is limited, and therefore algorithms with high computational complexity allow fewer control sources and sensors to be used, often with reduced noise attenuation as a result. In applications, such as controlling aircraft cabin noise, where a large multiple-channel system is needed to control the relative complex interior sound field, it is of great importance to keep down the computational complexity of the algorithm so that a large number of loudspeakers and microphones can be used. The dissertation presents theoretical work, off-line computer experiments and practical real-time experiments using the actuator-individual normalized algorithm. The computer experiments are principally based on real-life cabin noise data recorded during flight in a twin-engine propeller aircraft and in a helicopter. The practical experiments were carried out in a full-scale fuselage section from a propeller aircraft. / Buller i vår dagliga miljö kan ha en negativ inverkan på vår hälsa. I många sammanhang, i tex bilar, båtar och flygplan, förekommer lågfrekvent buller. Lågfrekvent buller är oftast inte skadligt för hörseln, men kan vara tröttande och försvåra konversationen mellan personer som vistas i en utsatt miljö. En dämpning av bullernivån medför en förbättrad taluppfattbarhet samt en komfortökning. Att dämpa lågfrekvent buller med traditionella passiva metoder, tex absorbenter och reflektorer, är oftast ineffektivt. Det krävs stora, skrymmande absorbenter för att dämpa denna typ av buller samt tunga skiljeväggar för att förhindra att bullret transmitteras vidare från ett utrymme till ett annat. Metoder som är mera lämpade vid dämpning av lågfrekvent buller är de aktiva. De aktiva metoderna baseras på att en vågrörelse som ligger i motfas med en annan överlagras och de släcker ut varandra. Bullerdämpningen erhålls genom att ett ljudfält genereras som är lika starkt som bullret men i motfas med detta. De aktiva bullerdämpningsmetoderna medför en effektiv dämpning av lågfrekvent buller samtidigt som volymen, tex hos bilkupen eller båt/flygplanskabinen ej påverkas nämnvärt. Dessutom kan fordonets/farkostens vikt reduceras vilket är tacksamt för bränsleförbrukningen. I de flesta tillämpningar varierar bullrets karaktär, dvs styrka och frekvensinnehåll. För att följa dessa variationer krävs ett adaptivt (självinställande) reglersystem som styr genereringen av motljudet. I propellerflygplan är de dominerande frekvenserna i kabinbullret relaterat till propellrarnas varvtal, man känner alltså till frekvenserna som skall dämpas. Man utnyttjar en varvtalssignal för att generera signaler, så kallade referenssignaler, med de frekvenser som skall dämpas. Dessa bearbetas av ett reglersystem som generar signaler till högtalarna som i sin tur generar motljudet. För att ställa in högtalarsignalerna så att en effektiv dämpning erhålls, används mikrofoner utplacerade i kabinen som mäter bullret. För att åstadkomma en effektiv bullerdämpning i ett rum, tex i en flygplanskabin, behövs flera högtalare och mikrofoner, vilket kräver ett avancerat reglersystem. I doktorsavhandlingen ''Active Control of Propeller-Induced Noise in Aircraft'' behandlas olika metoder för att reducera kabinbuller härrörande från propellrarna. Här presenteras olika strukturer på reglersystem samt beräkningsalgoritmer för att ställa in systemet. För stora system där många högtalare och mikrofoner används, samt flera frekvenser skall dämpas, är det viktigt att systemet inte behöver för stor beräkningskapacitet för att generera motljudet. Metoderna som behandlas ger en effektiv dämpning till låg beräkningskostnad. Delar av materialet som presenteras i avhandlingen har ingått i ett EU-projekt med inriktning mot bullerundertryckning i propellerflygplan. I projektet har flera europeiska flygplanstillverkare deltagit. Avhandlingen behandlar även aktiv bullerdämpning i headset, som används av helikopterpiloter. I denna tillämpning har aktiv bullerdämpning används för att öka taluppfattbarheten.

This thesis introduces spatial filtering, which is a technique to extend the time step size beyond the conventional stability limit for the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, at the expense of transforming field nodes between the spatial domain and the discrete spatial-frequency domain and removing undesired spatial-frequency components at every FDTD update cycle. The spatially-filtered FDTD method is demonstrated to be almost as accurate as and more efficient than the conventional FDTD method via theories and numerical examples. Then, this thesis combines spatial filtering and an existing subgridding scheme to form the spatially-filtered subgridding scheme. The spatially-filtered subgridding scheme is more efficient than existing subgridding schemes because the former allows the time step size used in the dense mesh to be larger than the dense mesh CFL limit. However, trade-offs between accuracy and efficiency are required in complicated structures.

This thesis introduces spatial filtering, which is a technique to extend the time step size beyond the conventional stability limit for the Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method, at the expense of transforming field nodes between the spatial domain and the discrete spatial-frequency domain and removing undesired spatial-frequency components at every FDTD update cycle. The spatially-filtered FDTD method is demonstrated to be almost as accurate as and more efficient than the conventional FDTD method via theories and numerical examples. Then, this thesis combines spatial filtering and an existing subgridding scheme to form the spatially-filtered subgridding scheme. The spatially-filtered subgridding scheme is more efficient than existing subgridding schemes because the former allows the time step size used in the dense mesh to be larger than the dense mesh CFL limit. However, trade-offs between accuracy and efficiency are required in complicated structures.

[ES] La estandarización de la Quinta Generación de redes móviles o 5G, ha concluido este año 2020. No obstante, en el año 2014 cuando la ITU empezó el proceso de estandarización IMT-2020, una de las principales interrogantes era cuál sería la forma de onda sobre la cual se construiría la capa física de esta nueva generación de tecnologías. El 3GPP se comprometió a entregar una tecnología candidata al proceso IMT-2020, y es así como dentro de este proceso de deliberación se presentaron varias formas de onda candidatas, las cuales fueron evaluadas en varios aspectos hasta que en el año 2016 el 3GPP tomó una decisión, continuar con CP-OFDM (utilizada en 4G) con numerología flexible. Una vez decidida la forma de onda, el proceso de estandarización continuó afinando la estructura de la trama, y todos los aspectos intrínsecos de la misma. Esta tesis acompañó y participó de todo este proceso. Para empezar, en esta disertación se evaluaron las principales formas de onda candidatas al 5G. Es así que se realizó un análisis teórico de cada forma de onda, destacando sus fortalezas y debilidades, tanto a nivel de implementación como de rendimiento. Posteriormente, se llevó a cabo una implementación real en una plataforma Software Defined Radio de tres de las formas de onda más prometedoras (CP-OFDM, UFMC y OQAM-FBMC), lo que permitió evaluar su rendimiento en términos de la tasa de error por bit, así como la complejidad de su implementación. Esta tesis ha propuesto también el uso de una solución armonizada como forma de onda para el 5G y sostiene que sigue siendo una opción viable para sistemas beyond 5G. Dado que ninguna de las forma de onda candidatas era capaz de cumplir por sí misma con todos los requisitos del 5G, en lugar de elegir una única forma de onda se propuso construir un transceptor que fuese capaz de construir todas las principales formas de onda candidatas (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). Esto se consiguió identificando los bloques comunes entre las formas de onda, para luego integrarlos junto con el resto de bloques indispensables para cada forma de onda. La motivación para esta solución era tener una capa física que fuese capaz de cumplir con todos los aspectos del 5G, seleccionando siempre la mejor forma de onda según el escenario. Esta propuesta fue evaluada en términos de complejidad, y los resultados se compararon con la complejidad de cada forma de onda. La decisión de continuar con CP-OFDM con numerología flexible como forma de onda para el 5G se puede considerar también como una solución armonizada, ya que al cambiar el prefijo cíclico y el número de subportadoras, cambian también las prestaciones del sistema. En esta tesis se evaluaron todas las numerologías propuestas por el 3GPP sobre cada uno de los modelos de canal descritos para el 5G (y considerados válidos para sistemas beyond 5G), teniendo en cuenta factores como la movilidad de los equipos de usuario y la frecuencia de operación; para esto se utilizó un simulador de capa física del 3GPP, al que se hicieron las debidas adaptaciones con el fin de evaluar el rendimiento de las numerologías en términos de la tasa de error por bloque. Finalmente, se presenta un bosquejo de lo que podría llegar a ser la Sexta Generación de redes móviles o 6G, con el objetivo de entender las nuevas aplicaciones que podrían ser utilizadas en un futuro, así como sus necesidades. Completado el estudio llevado a cabo en esta tesis, se puede afirmar que como se propuso desde un principio la solución, tanto para el 5G como para beyond 5G, la solución es la armonización de las formas de onda. De los resultados obtenidos se puede corroborar que una solución armonizada permite alcanzar un ahorro computacional entre el 25-40% para el transmisor y del 15-25% para el receptor. Además, fue posible identificar qué numerología CP-OFDM es la más adecuada para cada escenario, lo que permitiría optimizar el diseño y despliegue de las redes 5G. Esto abriría la puerta a hacer lo mismo con el 6G, ya que en esta tesis se considera que será necesario abrir nuevamente el debate sobre cuál es la forma de onda adecuada para esta nueva generación de tecnologías, y se plantea que el camino a seguir es optar por una solución armonizada con distintas formas de onda, en lugar de solo una como sucede con el 5G. / [CA] L'estandardització de la Quinta Generació de xarxes mòbils o 5G, ha conclòs enguany 2020. No obstant això, l'any 2014 quan la ITU va començar el procés d'estandardització IMT-2020, uns dels principals interrogants era quina seria la forma d'onda sobre la qual es construiria la capa física d'esta nova generació de tecnologies. El 3GPP es va comprometre a entregar una tecnologia candidata al procés IMT-2020, i és així com dins d'este procés de deliberació es van presentar diverses formes d'onda candidates, les quals van ser avaluades en diversos aspectes fins que l'any 2016 el 3GPP va prendre una decisió, continuar amb CP-OFDM (utilitzada en 4G) amb numerología flexible. Una vegada decidida la forma d'onda, el procés d'estandardització va continuar afinant la frame structure (no se m'ocorre nom en espanyol), i tots els aspectes intrínsecs de la mateixa. Esta tesi va acompanyar i va participar de tot este procés. Per a començar, en esta dissertació es van avaluar les principals formes d'onda candidates al 5G. És així que es va realitzar una anàlisi teòrica de cada forma d'onda, destacant les seues fortaleses i debilitats, tant a nivell d'implementació com de rendiment. Posteriorment, es va dur a terme una implementació real en una plataforma Software Defined Radio de tres de les formes d'onda més prometedores (CP-OFDM, UFMC i OQAM-FBMC), la qual cosa va permetre avaluar el seu rendiment en termes de la taxa d'error per bit, així com la complexitat de la seua implementació. Esta tesi ha proposat també l'ús d'una solució harmonitzada com a forma d'onda per al 5G i sosté que continua sent una opció viable per a sistemes beyond 5G. Atés que cap de les forma d'onda candidates era capaç de complir per si mateixa amb tots els requeriments del 5G, en compte de triar una única forma d'onda es va proposar construir un transceptor que fóra capaç de construir totes les principals formes d'onda candidates (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). Açò es va aconseguir identificant els blocs comuns entre les formes d'onda, per a després integrar-los junt amb la resta de blocs indispensables per a cada forma d'onda. La motivació per a esta solució era tindre una capa física que fóra capaç de complir amb tots els aspectes del 5G, seleccionant sempre la millor forma d'onda segons l'escenari. Esta proposta va ser avaluada en termes de complexitat, i els resultats es van comparar amb la complexitat de cada forma d'onda. La decisió de continuar amb CP-OFDM amb numerología flexible com a forma d'onda per al 5G es pot considerar també com una solució harmonitzada, ja que al canviar el prefix cíclic i el número de subportadores, canvien també les prestacions del sistema. En esta tesi es van avaluar totes les numerologías propostes pel 3GPP sobre cada un dels models de canal descrits per al 5G (i considerats vàlids per a sistemes beyond 5G), tenint en compte factors com la mobilitat dels equips d'usuari i la freqüència d'operació; per a açò es va utilitzar un simulador de capa física del 3GPP, a què es van fer les degudes adaptacions a fi d'avaluar el rendiment de les numerologías en termes de la taxa d'error per bloc. Finalment, es presenta un esbós del que podria arribar a ser la Sexta Generació de xarxes mòbils o 6G, amb l'objectiu d'entendre les noves aplicacions que podrien ser utilitzades en un futur, així com les seues necessitats. Completat l'estudi dut a terme en esta tesi, es pot afirmar que com es va proposar des d'un principi la solució, tant per al 5G com per a beyond 5G, la solució és l'harmonització de les formes d'onda. dels resultats obtinguts es pot corroborar que una solució harmonitzada permet aconseguir un estalvi computacional entre el 25-40% per al transmissor i del 15-25% per al receptor. A més, va ser possible identificar què numerología CP-OFDM és la més adequada per a cada escenari, la qual cosa permetria optimitzar el disseny i desplegament de les xarxes 5G. Açò obriria la porta a fer el mateix amb el 6G, ja que en esta tesi es considera que serà necessari obrir novament el debat sobre quina és la forma d’onda adequada per a esta nova generació de tecnologies, i es planteja que el camí que s’ha de seguir és optar per una solució harmonitzada amb distintes formes d’onda, en compte de només una com succeïx amb el 5G. / [EN] The standardization of the Fifth Generation of mobile networks or 5G is still ongoing, although the first releases of the standard were completed two years ago and several 5G networks are up and running in several countries around the globe. However, in 2014 when the ITU began the IMT-2020 standardization process, one of the main questions was which would be the waveform to be used on the physical layer of this new generation of technologies. The 3GPP committed to submit a candidate technology to the IMT-2020 process, and that is how within this deliberation process several candidate waveforms were presented. After a thorough evaluation regarding several aspects, in 2016 the 3GPP decided to continue with CP-OFDM (used in 4G) but including, as a novelty, the use of a flexible numerology. Once the waveform was decided, the standardization process continued to fine-tune the frame structure and all the intrinsic aspects of it. This thesis accompanied and participated in this entire process. To begin with, this dissertation evaluates the main 5G candidate waveforms. Therefore, a theoretical analysis of each waveform is carried out, highlighting its strengths and weaknesses, both at the implementation and performance levels. Subsequently, a real implementation on a Software Defined Radio platform of three of the most promising waveforms (CP-OFDM, UFMC, and OQAM-FBMC) is presented, which allows evaluating their performance in terms of bit error rate, as well as the complexity of its implementation. This thesis also proposes the use of a harmonized solution as a waveform for 5G and argues that it remains a viable option for systems beyond 5G. Since none of the candidate waveforms was capable of meeting on its own with all the requirements for 5G, instead of choosing a single waveform, this thesis proposes to build a transceiver capable of building all the main waveforms candidates (CP-OFDM, P-OFDM, UFMC, QAM-FBMC, OQAM-FBMC). This is achieved by identifying the common blocks between the waveforms and then integrating them with the rest of the essential blocks for each waveform. The motivation for this solution is to have a physical layer that is capable of complying with all aspects of beyond 5G technologies, always selecting the best waveform according to the scenario. This proposal is evaluated in terms of complexity, and the results are compared with the complexity of each waveform. The decision to continue with CP-OFDM with flexible numerology as a waveform for 5G can also be considered as a harmonized solution, since changing the cyclic prefix and the number of subcarriers, changes also the performance of the system. In this thesis, all the numerologies proposed by the 3GPP are evaluated on each of the channel models described for 5G (and considered valid for beyond 5G systems), taking into account factors such as the mobility of the user equipment and the operating frequency. For this, a 3GPP physical layer simulator is used, and proper adaptations are made in order to evaluate the performance of the numerologies in terms of the block error rate. Finally, a sketch of what could become the Sixth Generation of mobile networks or 6G is presented, with the aim of understanding the new applications that could be used in the future, as well as their needs. After the completion of the study carried out in this thesis, it can be said that, as stated from the beginning, for both 5G and beyond 5G systems, the solution is the waveform harmonization. From the results obtained, it can be corroborated that a harmonized solution allows achieving computational savings between 25-40% for the transmitter and 15-25% for the receiver. In addition, it is possible to identify which CP-OFDM numerology is the most appropriate for each scenario, which would allow optimizing the design and deployment of 5G networks. This would open the door to doing the same with 6G, i.e., a harmonized solution with different waveforms, instead of just one as in 5G. / Flores De Valgas Torres, FJ. (2020). Study on Air Interface Variants and their Harmonization for Beyond 5G Systems [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/164442 / TESIS

Ce travail a pour objectif d'améliorer la prédictivité des modèles à deux fluides pour la description des lits fluidisés gaz-solide pour les particules du groupe A dans la classification de Geldart. La première partie traite de l'incorporation de nouveaux phénomènes physiques dans le formalisme statistique utilisé : collisions induites par le cisaillement, phénomènes de lubrification lors des chocs et forces inter-particulaires. La deuxième partie traite de la résolution numérique du modèle. Il est montré que la simulation des lits de particules de type A présente une très forte sensibilité au maillage, conduisant à une surestimation de la hauteur du lit. L'introduction du formalisme filtré permet d'identifier la traînée filtrée comme étant l'origine principale du problème. Deux modèles de sous-maille sont proposés pour la prédiction de celle-ci et sont testés à la fois sur une configuration académique et sur une expérience de laboratoire. / This work aims to increase the predictivity of the two-fluid model in gas-solid fluidized beds of Geldart A particles. The first part deals with the integration of physical phenomena into the two-fluid model: shear-induced collisions, lubrication between particles and inter-particular forces. The second part deals with the practical resolution of the two-fluid model using numerical codes. It is shown that bed expansion for Geldart A particles have a strong dependance on the mesh size used to compute the flow, leading to a major overestimation. The filtered approach is used and points up the filtered drag as the key of the problem. Two subgrid drag models are proposed and tested on both academic and laboratory configurations.