• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권8호
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• pp.1170-1179
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• 2009

본 연구의 목적은 수평축 풍력터빈인 NREL Phase VI를 대상으로 ANSYS FLUENT에서 제공하는 LES와 FW-H 상사식을 이용하여 풍력발전기로부터 방사되는 저주파 공력소음을 수치적으로 예측하는 것이다. 풍력발전기 공력소음에 관한 어떠한 실험적 자료가 존재하지 않으므로, 먼저 정격풍속에서 토크와 출력 등의 공력성능 수치결과를 실험결과와 비교하여 소음원 예측의 타당성을 검증한 후, 풍속 변화에 따른 공력소음 특성을 분석하였다. 그 결과 수치성능결과는 약0.8%이내에서 실험결과와 잘 일치하였다. 풍속이 증가함에 따라 사극자와 이극자에 의한 총음압레벨은 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 풍력터빈 허브중심으로부터 거리가 증가함에 따라 원방에서는 $r^{-1}$, 근방에서는 $r^{-2}$에 비례하여 증가하는 것으로 나타났다. 그리고 거리가 두배 증가함에 따른 총음압레벨은 약 6dB 감소하였다.

• 한국음향학회지
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• 제36권2호
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• pp.89-99
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• 2017

멀티로터형 무인항공기는 군사용 목적뿐 아니라 항공 촬영 및 무인 택배 수단 등 민간 산업까지 그 활용 범위를 넓혀가고 있다. 무인항공기의 보다 폭넓은 활용을 위해서는 추진체인 프로펠러의 공력 효율 개선과 소음의 저감을 위한 연구가 선행되어야 하며, 이는 주어진 환경에서 공력 성능 및 소음을 예측할 수 있는 기술이 바탕이 되어야만 가능하다. 본 연구에서는 소형 무인항공기 프로펠러를 대상으로 공력 및 소음 예측 기법을 개발하고, 실제 측정을 통한 결과와의 비교를 통해 검증하였다. 분당 회전수의 변화에 따른 추력 및 토크와 주어진 위치에서의 주파수 스펙트럼 예측에서 모두 예측 기법의 신뢰성을 확보하였으며, 이를 통해 프로펠러의 형상 설계에 기반이 될 수 있는 기틀을 마련하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권5호
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• pp.391-398
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• 2016

본 연구에서는 난류 유입조건을 갖는 수평축 풍력터빈 블레이드의 공력 하중에 대해 초점을 맞추어 연구하였다. 난류모델은 풍속과 방향에 대한 변동을 포함하며, 그 특성은 난류 강도와 표준편차로 표현된다. IEC61400-1에서는 정상 난류 모델과 정상 풍속 측면도에 대해서 피로해석을 수행하도록 규정하고 있다. 이를 위해 공력 최적설계 절차를 통해 얻어낸 MW급 수평축 풍력터빈 블레이드 허브와 저속 회전축에 대한 공력하중 해석을 수행한다. 공력하중 성분은 수치적인 절차를 통해 얻어내며 이를 블레이드 회전 특성을 고려하여 해석적으로 검토하였다. 난류 조건을 고려했을 때의 최대 추력과 토크의 변동치는 난류 조건을 고려하지 않았을 때의 값들에 비해 5~8 배 더 큰 값을 보였다. 따라서 난류 조건을 반영한 하중 해석은 풍력터빈 블레이드의 구조설계에 있어서 필수적임을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제33권6호
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• pp.886-895
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• 2009

The purpose of this work is to compare and analyze computed results with experimental data of NREL (National Renewable Energy Laboratory) Phase VI for the whole operating conditions of various wind speeds using $\kappa-\omega$ turbulence model provided in the commercial code, FLUENT. Performance results such as power coefficient, shaft torque, pressure coefficient show a good agreement with experimental data. But, root bending moment is over-predicted than the experimentally measured value by about 30% for the whole operating conditions because of indefinite measurement reference. Nevertheless, these results qualitatively show a good tendency in the aspect of aerodynamic performance. As wind speed increases, streamlines on the surface of blade show more and more complex pattern.

• 한국추진공학회지
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• 제21권3호
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• pp.18-24
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• 2017

가스터빈엔진의 시동점화 조건 달성 및 시동가속을 위해서는 엔진에 적합한 시동기를 선정하여야 한다. 이를 위해서는 시동 크랭킹 과정의 공력저항을 예측하여 시동성능을 파악하여야한다. 본 논문에서는 기 개발엔진의 Coast down 시험을 통하여 획득된 엔진속도 프로파일 데이터를 바탕으로 엔진 주축에 인간되는 공력저항을 도출하고, 압축기 부하를 기준으로 한 스케일링을 통해 대상엔진의 공력저항을 모델링하였다. 이후, 공력저항 모델과 공기시동기(ATS)의 토크 성능선도를 엔진 시동모델에 적용함으로써, 엔진시동에 적합한 시동기를 선정하는 방법을 제시한다.

• 에너지공학
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• 제29권1호
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• pp.34-43
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• 2020

풍력발전기 로터의 저속운전 가능성에 대해 기동토크를 평가하고자 하였다. 본 연구에서 살펴본 저속시동 가능성의 날개는 초임계에어포일을 보완하여 AMI계열(AMI903 및 AMI904)의 날개를 제안하여 공력성능을 유지하며 제작상 및 유지보수의 어려움을 제거하였다. 따라서 본 연구는 FLUENT를 이용하여 난류유동 해석을 통해 제안된 날개의 받음각(-180°~+180°)에 대한 항력계수와 양력계수를 제시하였으며, 이 값들로부터 정지하고 있는 날개의 회전 위치에 따른 접선방향의 토크계수를 정의하여 제시하였다. 기동력의 크기와 방향을 결정할 토크계수는 대부분 양의 값(반시계방향)으로 나타났으며 특별히 받음각이 0°에서 180° 및 -90°에서 -180°에서 양의 값이며 0°에서 -90°에서 매우 작거나 음의 값을 나타냈다. 한편 기동토크는 두께가 얇은 AMI903보다 두꺼운 AMI904에서 더 큰 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권1호
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• pp.1-12
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• 2022

소형무인기의 틸팅방식 추진장치로 소형덕티드팬을 적용하였을 때 나타나는 공력특성을 분석하기 위해 직경 104mm 전기추진 덕티드팬의 공력특성을 풍동시험을 통해 살펴보았다. 소형무인기 운영조건에서 나타나는 현상을 살펴보기 위해 OPPAV 축소시제기의 제자리비행, 전진비행 및 천이비행 조건을 시험조건으로 채택하였으며, 6분력 발란스를 사용하여 덕티드팬의 추력 및 측력, 토크를 측정하였다. 비행체 주날개 및 꼬리날개에 영향을 미칠 수 있는 팬 후류를 파악하기 위해 5공 프로브를 사용하여 덕트 후방 250mm 단면의 3차원 속도벡터를 측정하였다. 제자리비행 및 전진비행 조건에서 덕티드팬의 추력 및 토크 특성을 파악하였으며, OPPAV 축소시제기에 적용하기 위한 조건을 도출하였다. 천이비행 조건에서 틸트각 40° 이하에서는 각도가 변하여도 추력이 유지되는 특성을 보이고 있으며 그 이후 각에서는 점차 증가하는 경향이 나타났다. 측력은 틸트각 75°까지 지속적으로 증가하는 경향이 나타났다. 제자리비행 및 전진비행 조건에서 60m/s 수준의 축방향 속도성분과 12m/s 수준의 원주방향 속도성분이 측정되었다. 틸트각이 증가함에 따라 축방향 속도 최대값 위치가 회전중심선을 벗어나는 경향이 나타나고 있으며, 단면 와류 중심도 유사한 위치로 이동하는 경향이 나타나고 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.10-16
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• 2004

본 논문에서는 축소형실험을 통하여 제자리 비행하는 헬리콥터 주로터에서 발생하는 소음의 특성을 측정하는 실험을 수행하였다. 이를 위하여 구동장치에서의 발생소음이 적은 저소음 로터시험장치를 설계/제작하였으며, 아울러 로터의 공력특성을 측정하기 위하여 작동조건에서의 회전수, 추력 및 토크를 함께 계측하였고 이에 대한 문제점을 검토하였다. 사용된 하중 측정장치의 교정을 통하여 이의 정확도를 확인하였으며, 두개의 블레이드로 구성된 직경 1.2m의 축소형 로터를 이용한 실험에서 측정된 추력값이 이론적 계산값과 비교하여 비교적 잘 일치함을 알 수 있었으나 토크 측정값은 잘 일치하지 않음을 확인하였다. 소음 측정실험을 통하여 로터 구동장치로 인한 배경소음이 로터 소음에 비하여 현저히 작음을 확인하였고, 각 로터 발생소음원의 특성에 따라 날개끝 속도에 의하여 달리 무차원화 됨을 확인하였고 방향성 특성도 변화함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권12호
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• pp.25-34
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• 2006

본 논문에서는 풍력 발전시스템의 피치 제어 알고리즘 설계 기법을 검토하고 비선형 시뮬레이션을 수행한 결과를 제시한다. 풍력 발전시스템을 다몸체 시스템으로 간주하고 로터 블레이드에 작용하는 공력 및 토크 계산을 위해 블레이드 요소 및 모멘텀 이론을 근거로 공력 모델링을 수행하였다. 제어기 설계를 위해, 풍력 발전시스템은 서로 상대적으로 구속한 체 운동하는 1 자유도 시스템으로 가정하여 선형 방정식을 수립하고, 로터 회전속도를 제어하기 위해 PID 제어기를 설계하였다. FORTRAN 언어를 기반으로 작성된 비선형 시뮬레이터 WINSIM을 이용하여 다양한 풍속 시나리오와 운전 방식에서 제어기의 성능을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권11호
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• pp.964-972
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• 2007

공기역학적으로 최대동력계수를 얻을 수 있도록 최적화된 블레이드를 장착한 수평축 풍력터빈 모델을 아음속 풍동에 장착하여 공력특성을 실험하였다. Upwind 방식과 downwind방식의 풍력 터빈 로터의 공력 특성을 비교하였을 때, 후자가 전자에 비해 측정토크의 교란이 더 크게 나타났으며, 이는 지지대에서 발생된 후류와 블레이드의 상호간섭이 원인으로 작용한다고 여겨진다. 블레이드 설치각이 0o인 경우에 설계 속도비 6에 해당하는 위치에서 최대 동력계수를 보여주고 있어 설계 조건을 잘 만족함을 알 수 있었다. 또한 음의 피치각 변화가 같은 값의 양의 피치각 변화에 비해 더 커다란 동력 감소가 발생되는 결과를 보여주었다.