• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.564-573
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• 2012

새롭게 제안된 공력 설계 절차와 In-house 프로그램을 이용하여 1 MW급 수평축풍력 터빈 블레이드의 형상을 결정하였고, 기존에 개발된 블레이드의 실험 결과와 본 연구에서 제안한 블레이드와의 비교를 통하여 공력 설계에 대한 타당성을 제시하였다. 블레이드의 구조 설계는 Netting Rule과 Rule of Mixture를 적용하여 설계를 진행하였다. 설계된 블레이드의 구조적 안전성은 상업적 유한요소프로그램인 MSC.NASTRAN을 사용하여 다양한 하중에 따라 선형 정적해석, 변형해석, 좌굴해석, 진동모드해석 등을 수행하였다. 최종적으로 Spera가 제시한 실험식을 적용하여 요구된 피로수명에 대해 타당성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.64-73
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• 2022

페어링은 상용차가 주행 시 전면부에서 발생하는 유동박리의 저항을 제어하여 상용차 공기 저항력을 감소시키는 장치이다. 본 연구에서는 랭킨 반체 이론을 적용하여 3D페어링 형상을 설계하고 공력 해석을 통해 설계 결과를 검증하였다. 그리고 페어링의 구조적 안전성을 위해 상용차 과속조건과 돌풍 조건을 함께 고려하여 공력하중을 도출하였다. 이러한 공력 해석 결과를 기반으로 유리섬유/에폭시 복합재료를 적용하여 안전계수 3을 만족하는 페어링 구조 설계를 수행하였다. 최종 본 연구에서 가장 경량화된 페어링의 구조 해석을 수행하여 구조 안전성이 확인되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.201-208
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전시스템은 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발을 통해 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있는 블레이드 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 이론적 해석 결과를 입증하기 위하여 구조 시험 및 공력 성능 시험 결과 비교적 잘 일치하며 설계 요구 조건을 만족함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제1권2호
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• pp.12-21
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• 1997

무공해 에너지원은 화석에너지의 고갈과 환경오염의 심각한 문제로 인하여 절실히 요구되고 있는 실정이다. 그중 풍력발전 시스템은 타 에너지원에 비해 여러 가지 측면에서 유리한 점을 가지고 있다. 본 연구에서는 500㎾급 풍력발전 시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력성능 및 구조성능을 가지는 회전날개 설계과정을 수행하였다. 공력설계는 운용지역의 풍황을 고려하여 회전날개의 외형을 결정하였고 이를 바탕으로 공력성능해석이 수행되었으며, 구조설계는 복합재료를 사용하여 쉘-스파 구조를 갖도록 설계하여 굽힘 및 비틀림 그리고 피로수명에 대한 구조해석이 수행되었다. 그 결과 4m/s의 미풍에서도 운용가능하며, 12m/s에서는 정격출력 500㎾를 생산할 수 있는 형상이 설계되었고, 또한 20년 이상의 피로수명이 확보되었으며, 공진 등의 동적인 문제도 발생하지 않음을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.57.1-57.1
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• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.9-16
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• 2017

본 논문에서는 풍력 발전기 블레이드 공력 설계 프로세스를 정립하고, 최적화 설계 전략을 제시 하였으며, 공력 설계 진행시에 반드시 검토 필요한 제약 조건들에 대해서 정리 하였다. 이를 토대로 하여 연구 목적뿐 아니라, 블레이드 설계자가 실제 업무에 쉽게 적용 가능하고, 초기 개념설계 단계부터 최종 3차원 형상 상세 설계 단계까지 통합적으로 수행이 가능한 BEMT 기반의 공력 설계 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램 AeroDA는 개념 설계 모듈, 기본 설계 모듈, 최적 TSR 도출 모듈, 국부 형상 최적화 모듈, 성능 해석 모듈, 설계 검증 모듈 및 3차원 형상생성 모듈로 구성이 된다. 개발된 프로그램을 활용하여 NREL에서 공개 배포한 5MW 블레이드를 기반으로하여 하중저감을 위한 개선 설계를 진행하여 본 프로그램이 최적화 설계에 유용하게 사용 가능함을 확인 하였다. 또한 10kW 블레이드 공력 설계 및 터빈 상세 성능 해석을 진행하고, 이를 상용 전문 프로그램 DNV GL Bladed 결과와 비교하여 정확도를 검증하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2600-2605
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• 2008

Turbo-fans for a FFU unit should be aerodynamically designed to provide the FFU system with the given flow-rate at the lowest rotational-speed by considering the interaction effect with the FFU casing. In this study, slim and highly efficient turbo-fans are designed to satisfy the given performance at the specific speed by using the hybrid-stacking method of an inducer and a 2D-bladed turbo fan. The mean-line analysis, cascade theory, and CFD technique are all together applied to control the passage areas on the meridional plane from the inlet to the exit of the blade. Furthermore, the torque control algorithm is adopted to improve the performances within the constraints by the motor rpm-torque characteristics, and the resulting measured performances of mock-up fans are discussed.

• 항공우주기술
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• 제8권1호
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• pp.32-41
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• 2009

본 연구에서는 한국형기동헬기(KUH) 주로터 블레이드의 축소 설계를 수행하였다. 축소 모델은 공력하중, 익단 와류 및 소음원 측정 시험을 위해 설계되었다. 실제 로터와 동일한 공력 하중을 모사하기 위하여 마하스케일링 기법이 적용되었다. 마하스케일 모델은 블레이드의 익단 마하수가 동일하며, 정규화된 진동수 또한 동일하다. 즉, 마하스케일된 모델은 공력하중 및 구조동역학적 과점에서 상사된 모델이다. 공기역학적 축소과정은 외형 치수의 축소와 회전수의 증가를 통해 완료된다. 구조동역학적 측면에서는 블레이드 단면 설계를 통해 생성된 강성 및 관성 분포가 실제 로터의 회전고유진동수 분포를 나타내는지 확인하는 과정을 통해 완료된다. 본 연구에서는 국내에서 수급 가능한 복합재 프리프레그를 이용한 블레이드 단면 설계를 수행하고, 설계된 모델의 동역학적 특성을 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권8호
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• pp.54-63
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• 2004

2002년 11월 28일 발사된 KSR-III 과학로켓에서 공력가열로 인한 온도상승을 측정하였으며, 로켓 외피의 온도 및 공력가열량을 계산하였다. 계산에 사용된 소프트웨어는 이론식에 기초한 경계층을 해석하여 비행시간동안 비정상 공력가열량을 계산하는 MINIVER 코드이며, 비행체 내부로의 일차원 고체 열전도까지 고려하였다. 계산 결과 비행체 내부 페이로드 장착부분의 열전달은 대부분 복사로 이루어지고, 공력가열로 인한 KSR-III 외피 최고온도는 핀에서 $223^{\circ}C$이며 최대 공력가열은 노즈캡에서 $133kW/m^2$이었다. 중요부분에서 재질의 허용온도를 만족하였으며 외피 단열재 설계가 적절히 이루어졌음이 확인되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권8호
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• pp.753-760
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• 2008

본 연구는 재진입 비행체인 Hope-X의 공력특성과 A/L 단계에 있어서 기준궤적 생성에 관한 것으로서 A/L 단계의 궤적생성을 위해서는 우선적으로 Hope-X의 양력계수와 항력계수가 필요하다. 이를 위해서 상용 유동해석 코드인 Fluent를 사용하여 Hope-X의 유동특성을 해석하였다. A/L 단계는 기준 궤적은 개념적으로 3개의 세부단계 : 기체 안정성을 위한 Steepglide Slope 단계, 안전한 착륙을 위한 Flare Maneuver 단계, 이 두 단계를 자연스럽게 연결시키는 Circular Flare단계로 이루어진다. 기준 궤적은 공력계수와 기체의 운동 특성을 고려하여 기하학적 경로식에 의한 각 단계의 경로각을 결정하는 방법을 통하여 생성된다.