• 한국유체기계학회 논문집
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• 제16권6호
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• pp.5-11
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• 2013

Torque control methods of wind turbine are mainly classified into two methods: torque-mode and speed-mode methods. The traditional torque-mode method, in which generator torque proportional to square of generator speed is determined, has been chosen in many wind turbines but its response is slower as they are larger in multi-MW size. Torque control methods based on both speed-mode and torque-mode can be used to make response of wind turbine faster. In this paper, two torque control methods based on the traditional torque-mode method are applied to a 2.75 MW wind turbine. It is shown through some simulation results for real turbulence wind speeds that torque control method based on torque-mode has the merit of reducing fluctuations of generated power than PI controller based on speed-mode.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권3호
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• pp.240-247
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• 2009

전자광학추적장치의 공력특성연구를 위한 풍동시험을 수행하였다. 특히 실제 EOTS 작동중 관측부의 회전을 위한 작동기의 충분한 파워 측정을 위한 공력토크 특성을 조사하였다. EOTS의 관측창의 영향을 조사하기 위해 반구와 실린더로 이루어진 단순 모형 실험결과와의 비교를 수행하였다. 단순모형과 EOTS모형의 표면 압력을 비교한 결과를 통해 관측창의 위치에 따라 급격한 압력계수의 변화와 회전 관측부의 토크 특성에 많은 영향을 미치는 것을 발견하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권3호
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• pp.283-292
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• 2009

공력면의 전개 거동을 지배하는 미분방정식을 적분 형태를 바꾸어 전개 가능한 조건을 유도하여 전개에 필요한 힌지 토크를 추산할 수 있는 방정식을 얻었다. 방정식의 해는 주어진 전개 조건과 공력 조건에 대해 전개가 가능하기 위하여 전개 장치에 저장되어야 할 최소의 전개 에너지이며 방정식을 풀기위하여 공력과 중력, 마찰력 등 공력면에 작용하는 모멘트의 적분을 계산하여야 한다. 공력 롤 감쇠와 마찰력과 같은 비가역적 현상에 대한 적분을 수행하기 위하여 몇가지 가정과 모델링이 필요하였으며 특히 공력 롤 감쇠의 적분을 위하여 전개 각속도를 전개각만의 함수로 표현되도록 모델링하였고 이는 전개 과정에서 나타날 수 있는 최대 각속도와 형태를 가정함으로써 가능하였다. 방정식 풀이와 전개 각속도의 모델을 위하여 전개 에너지를 대표하는 이상 전개 각속도를 정의하였으며 최소의 전개 에너지를 구하는 방정식은 이상 전개 각속도에 대한 이차 방정식으로 표현된다. 제안된 추산법을 검증하기 위하여 여러 가지 전개 조건과 공력 조건에 대하여 최소 전개에너지를 추산하고 기 개발된 전개 거동 모사 프로그램을 이용하여 여러 형태의 전개 토크 형태에 대하여 추산 결과의 타당성을 비교 검토하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제15권5호
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• pp.60-71
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• 2021

상용 프로펠러의 추력과 토크를 측정하기 위한 성능시험 장치를 고안하였으며, 30인치급 3가지 프로펠러에 대한 성능시험을 수행하였다. 프로펠러 추력과 토크 측정을 위해 모터, 프로펠러와 연결된 6분력 발란스를 적용하였으며, 풍동 저울 교정 장비를 이용하여 측정 시스템의 확인을 수행하였으며, QTP 프로펠러를 적용하여 구축한 성능시험 장치의 검증 시험도 수행하였다. 제자리 비행 조건에서 상용 프로펠러의 제작사에서 제공하는 사양과 시험 결과를 비교하였으며, 추력 및 토크에서 차이가 있음을 확인하였다. 받음각, 프로펠러 형상, 풍속을 변경시켜가며 프로펠러 성능을 측정하였으며, 각 프로펠러에 대해 RPM에 따른 프로펠러 추력 계수로 나타내었다. 저 받음각과 고 받음각에서 경향이 다르게 나타남을 확인하였으며, 차후 공중용 무인이동체 공력 설계에 활용 가능한 공력 데이터베이스를 확보하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.891-898
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• 2007

피치 제어형 수평축 풍력터빈에 대한 공력최적 설계 형상과 피치 변화에 따른 공력 성능 특성을 수치적으로 계산하였다. 수치적 방법은 날개 요소이론을 적용하였으며, Prandtl의 팁 손실 효과, 에어포일의 분포 효과, 후류의 회전 효과 등을 고려하였다. 블레이드 설계에는 총 6개의 서로 다른 에어포일을 사용하였으며, 구조적 강성을 갖기 위해서 허브 측에는 최대 40% 두께비의 에어포일을 분포시켰다. 최적 설계에서 얻어진 비선형 코드 길이는 제작성과 무게 등을 고려하여 선형화 시켰고, 선형화에 따른 공력성능 변화는 무시할만하다는 결과를 얻어내었다. 피치각 변화에 따른 동력성능, 추력성능, 토크 성능 곡선을 비교한 결과 $3^{\circ}$의 피치각 변화에도 민감한 공력 값의 변동이 생김을 알 수 있었고, 정밀한 피치 제어를 위한 각도 제어는 증분이 $3^{\circ}$보다 작은 값으로 피치 제어 알고리즘과 피치 구동 장치가 필요함을 알 수 있었다. 또한 최대 토크는 설계속도비보다 작은 속도비에서 발생되는 결과를 보여주었다.

• 한국지능시스템학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.579-585
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• 2014

10kW 급의 소형 풍력 발전 시스템은 언덕이나 공원, 도시와 같은 협소한 지역에 유연하게 설치될 수 있다는 장점으로 인해 신재생에너지 분야에서 지속적인 연구와 개발이 이루어지고 있다. 이러한 풍력발전 시스템의 설계시에는 풍속변화에 따른 다양한 형태의 전력 제어장치의 체계적인 성능 분석이 요구된다. 그러나 실물 크기의 풍력발전기에 개발된 전력 제어장치의 직접 적용은 어려운 실정이며 따라서 실내에서 풍속의 변화에 따른 블레이드의 공력토크를 모사할 수 있는 토크 시뮬레이터를 사용하여 설계된 전력 제어장치의 성능을 분석하는 것이 바람직하다. 이에 본 연구에서는 3상 토크제어용 인버터, 3상 유도전동기, 벨트 감속기 및 PMSG로 구성되는 10kW급 풍력발전 토크 시뮬레이터를 개발하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권8호
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• pp.699-708
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• 2021

본 논문에서는 제자리 비행하는 동축반전 로터의 설계 파라미터인 상하부 로터의 축 간격에 따른 공력 특성 및 공력소음 특성에 관해 전산유체해석을 통해 분석하였다. Reynolds Averaged Navier Stokes 방정식을 사용하여 공력 해석을 진행하였으며 공력소음 해석 시에 Ffowcs Williams ans Hawkings 방정식을 사용하여 공력 특성 및 공력소음 특성을 비교하였다. 동축반전 로터는 회전에 의해 상하부 로터가 다른 각도를 가지며, 위상이 주기적으로 변하는 비정상 특성을 가진다. 상하부 로터의 간격이 증가함에 따라 유동 상호간섭이 감소하여 추력 및 토크의 공기역학적인 효율이 증가함을 확인하였다. 공력소음 관점에서 회전 평면 방향으로 방사하는 소음 특성은 축 간격에 의한 영향이 미미하게 나타났다. 로터 수직 아래 방향으로 주파수가 증가함에 따라 음압이 감쇄하지 않고 크기가 유지되어 전체 음압 수준을 증가시킨다. 동축반전 로터의 축 간격이 증가함에 따라 유동의 비정상 특성이 감소하여 전체 음압 수준이 크게 감소함을 확인하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1998년도 제11회 학술강연회논문집
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• pp.39-39
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• 1998

본 연구는 500KW급 수평축 풍력발전기용으로 개발된 회전날개의 시제품 제작에 앞서 축소모델에 대한, 이론적으로 예측된 공력성능과 신축에 의한 공력성능을 비교 검토함으로서, 설계결과를 검증하고, 필요한 경우 설계를 보완하여 개발위험도를 최소화하기 위해 수행되었다. 시험모델의 크기는 실제의 5%로서 직경이 2.1m이며 날개의 시위길이는 0.2r/R에서 0.101m, 날개끝에서 0.043m 이고, 날개단면형 상온 FX-S-03-182이다. 블레이드의 재질은 Glass/Epoxy 복합재료로 제작되었으며, 실제 풍황을 모사하기 위해 자연풍 상태에서 실험하였다. 실험장치의 구성은 15m 높이의 타워에 회전날개와 전자브레이크 및 각종 센서를 장착하였고, 날개가 회전하기 시작하면 제동장치에 의해 부하를 주면서 토크, 회전수, 풍속 등을 각각의 센서로부터 자료획득장치를 통해 자료처리를 할 수 있도록 하였다. 실험하는 동안 풍속은 4m/s-13m/s 정도로서 시동 풍속인 4m/s와 정격풍속인 12m/s를 포함하여 회전날개의 전체적인 특성을 파악하기 용이하였고, 이론적인 예측성능과 측정된 성능을 비교 검토한 결과 비슷한 결과를 얻어 공력설계 및 해석 방법을 검증하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권6호
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• pp.609-617
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• 2014

풍력터빈 블레이드의 가변 피치제어는 풍력발전기의 과풍속 영역 설계에 있어 중요한 요소로 알려져 있으나 원가문제 때문에 소형 풍력터빈에는 적용되지 못하고 실속제어가 많이 적용되고 있다. 하지만, 블레이드 주변의 난류 때문에 설계된 실속이 구현되지 않는 실속지연 현상이 종종 발생되고, 이에 따른 풍력 블레이드의 과회전과 발전기의 과출력 위험이 발생하고 있다. 이에 따라 블레이드에서 발생되는 공력으로 피치가 변하고 스프링의 복원력으로 복귀되는 수동형 피치제어 모듈이 주목 받고 있다. 본 연구에서는 회전하는 블레이드의 익형에서 발생되는 양력과 항력을 이용하여 회전면으로 작용되는 토크와 블레이드의 Flap 방향으로 작용되는 추력을 계산하는 방법을 제시하고, 이러한 힘들의 크기를 여러 가지 익형에 대해 비교하였으며, 블레이드의 피치모멘트를 정량적으로 산출하여 수동 피치제어 모듈의 설계자료로 활용될 수 있도록 하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제41권3호
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• pp.173-180
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• 2017

정격풍속 이하에서 풍력발전기의 토크 제어기는 최대 출력 파워를 얻기 위하여 중요하다. 토크 제어의 주된 목적은 바람이 가진 에너지로부터 최대의 출력 파워를 얻도록 하는 것이다. 이를 위하여 최적모드게인을 이용하여 발전기 속도의 제곱에 비례하도록 발전기의 토크 크기를 조절하는 방법이 많이 적용되었다. 그러나 이 제어 방법은 풍력발전기가 수 MW급으로 대형화될수록 응답이 느려진다. 본 논문에서는 토크 제어기의 응답을 빠르게 하기 위하여 공력 토크의 로터 속도 비선형 파라미터를 제어 게인으로 이용하여 추가적인 토크 크기를 조절하는 방법을 고려하였다. 로터 속도 비선형 파라미터의 계산 시에 온라인 경우와 오프라인 경우를 각각 살펴보았다. 2MW 풍력발전기에 대하여 실제 난류 풍속에 대하여 수치실험을 수행하여 오프라인 경우가 출력 파워를 더 향상시키고 실용적임을 보인다.