• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.61.1-61.1
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• 2011

풍력 터빈은 복잡한 바람 조건에 노출되어 운용 되는 시스템으로서 경제성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 조건하에서 시스템에 작용하는 정확한 공력 하중 예측이 필요하다. 여러 조건 중에서도 요에러는 풍향이 수시로 바뀌기 때문에 피할 수 없는 비정상 유동 중에 하나이다. 본 연구에서는 이러한 요에러 발생시 공력 하중예측을 적절히 예측하기 위해서 와류 격자 기법을 기반으로 하는 비선형 와류 보정기법을 적용하였다. 비선형 와류 보정기법은 실속 이후의 공력 예측을 위해 기지의 공력 테이블을 이용하는 방법으로서 실속 이후의 공력 테이블 값의 양력과 와류 격자 기법에서의 양력 값이 일치하도록 순환(circulation)을 분포시키는 기법이다. 또한 요에러시에 발생할 수 있는 동적 실속을 계산하기 위해 Beddoes-Leishmen 동적 실속 모델을 비선형 와류 보정 기법에 적용하는 연구를 수행하였다. 요에러시 공력 하중 예측에 관한 수치해석 기법 연구의 적절성을 알아보기 위해 NREL-Phase VI Rotor 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 기존의 여타의 기법들과 비교하여 본 연구에서 제안한 기법의 적절성을 확인 할 수 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 다양한 비정상 공력 조건에 대한 풍력 블레이드의 공력 하중 해석에 대해 수행할 계획이다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.54-63
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• 2022

최근 다양한 형태의 전기추진 항공기가 개발 중이다. 전기추진 항공기에 장착되는 프로펠러의 위치는 항공기 공력성능에 큰 영향을 미칠 수 있다. 날개 앞에 장착된 프로펠러는 프로펠러 주변과 하류방향으로 복잡한 선회 유동(Swirl Flow)을 발생시킨다. 선회 유동으로 발생하는 올려흐름과 내리흐름은 날개의 유효받음각에 영향을 미친다. 날개의 길이 분포 방향으로 발생하는 유효받음각 분포변화는 날개의 공력 하중분포에 영향을 준다. 본 연구에서는 날개에 장착된 프로펠러의 위치가 변화하면서 발생하는 프로펠러-날개 상호작용이 날개의 공력 하중분포에 미치는 영향을 연구했다. 프로펠러-날개 상호작용이 날개에 미치는 영향을 해석하기 위해, 프로펠러에 의한 선회 유동을 Actuator Disk Theory를 사용하여 나타냈다. VSPAERO를 사용하여 날개에서 발생하는 공력을 계산했다. 본 연구방법을 사용하여 얻은 계산결과는 프로펠러-날개 모델을 사용한 풍동시험 자료와 비교·검증했다. 연구결과 프로펠러와 날개 사이의 거리가 날개의 공력특성에 미치는 영향은 크게 나타났다. 축방향 및 날개길이 방향의 거리 증가는 양항비를 증가시켰다. 프로펠러가 날개 상단에 위치할 경우 더 큰 양항비를 얻을 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.60.1-60.1
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• 2011

본 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 다분야 통합 최적 설계를 위하여, 진동하는 비정상 공력하중에 의한 작동 수명을 고려한 최적화 과정을 수행하였다. 최적화 대상으로는 NREL의 1.5MW 급 풍력터빈을 baseline 으로 하였고, NREL의 FAST 프로그램을 이용하여 발전기의 정격 출력 및 블레이드에 작용하는 비정상 공력 하중 특성을 분석하였다. 최적화 수행 시 블레이드 형상의 효율적인 구현을 위해 형상모델링 함수를 이용하여 코드 길이와 트위스트 분포를 모델링하였다. 그리고 상용 MDO Framework 인 Piano를 이용하여 블레이드 루트부의 비정상 공력하중 조건을 완화시키는 최적화 설계를 수행하였다. 정격출력을 유지하면서도 Out of Plain 방향의 하중 조건을 개선하여 보다 긴 작동 수명을 기대할 수 있는 블레이드 형상을 설계하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.61.2-61.2
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• 2011

The spanwise aerodynamic loads of the wind turbine blade are investigated numerically. The blade shape such as twist and chord length along the blade span is obtained from the procedure of aerodynamically optimal design. The rated tip speed ratio and the rated wind velocity are set to 7 and 12m/s respectively. The BEM method is applied to obtain both the aerodynamic performance of the wind turbine (Fig.1) and the spanwise aerodynamic loads along the blade span including Prandtl's tip loss factor. The maximum running power coefficient is occurred around 90% radial position from hub (Fig.2). The distributed aerodynamic loads along the blade span can be used for structure analysis.

• 한국항공우주학회지
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• 제30권4호
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• pp.38-43
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• 2002

본 연구에서는 항공기 날개 표면에서의 공력 하중 분포를 측정하는 풍동 시험 및 모형 설계와 제작에 대한 연구를 수행하였다. 모형 날개에는 총 447개의 압력공을 표면에 수직하게 제작하였으며, 날개 내부에 설치한 압력 tube를 통해 모형 내부에 설치된 총 8개의 EPS modules에 연결하여 PSI-8400 system을 사용 압력 분포를 측정하였다. 풍동 시험은 국방과학연구소 아음속풍동을 사용 50m/sec에서 정속모드로 수행하였다. 시험은 하중분포 예측을 위해 받음각과 옆미끄럼각 변위, 플랩 및 외부장착물 설치에 따른 날개에서의 하중분포 측정을 위해 수행하였다. 본 시험 결과로 항공기 날개 구조 최적 설계 자료로의 활용 및 전산유체역학의 결과 검증에 활용 할 수 있을것으로 판단된다.

• 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.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제5회(2016년)
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• pp.268-268
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• 2016

기계적 장치의 도움 없이 오직 사람의 힘으로만 비행을 해야 하는 인간 동력 항공기는 높은 동력 효율 및 최소한의 무게를 지니며 고세장비(High Aspect Ratio)날개 특성을 가지고 있다. 따라서 공력 및 구조적 최적화가 필요하며 고세장비 날개 특성에 따른 대변위 해석이 필요하다. 비행가능한 특정 순항속도에서 3차원 날개에 작용하는 양력에 대해, Edison Solver(Educational program for finite element analysis (CASADSolver))를 이용하여 2차원 spar에 분포하중으로 적용하였을 때의 응력 분포 및 끝단 변위 분석하고자 한다. 또한, 2차원 spar에 일정한 간격으로 집중하중을 작용하였을 때 생기는 변위와 3차원 spar를 이용한 하중해석 결과의 변위를 비교하고자 한다. 위의 두 분석 결과로 비교적 계산자원이 많은 3차원 해석이 아닌 2차원 해석으로 인간 동력 항공기 날개 설계 초기단계에 적용가능한 지에 대해 비교한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권5호
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• pp.399-406
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• 2016

대형 풍력터빈은 지상 전단 흐름 내에서 회전하면서 주기적인 유입속도의 변동 조건 하에 운용된다. 수직 전단흐름에 의해서 경계층 내의 유입 속도는 최고점에서 속도가 최대가 되고 최저점에서 속도가 최소가 된다. 이러한 공간적인 풍속 분포는 풍력터빈 로터의 허브와 저속회전축에서 6분력 하중에 대한 주기적인 진동을 야기한다. 본 연구에서는 수직 전단 흐름 효과를 무시한 균일 흐름장과 지상 전단 흐름효과를 고려한 두 가지 경우에 대한 공력 하중을 비교분석하였다. 계산 결과로부터 허브에서의 추력과 굽힘모멘트, LSS의 굽힘모멘트가 크게 변동하는 결과를 보여주었다. 따라서 지상 전단흐름 효과를 반영한 공력 해석이 피로 해석을 위해서 반드시 필요함을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.868-874
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• 2007

정지비행시의 헬리콥터 로터 모형의 블레이드의 피치각 변화가 소음방사에 미치는 영향을 수치해석을 통해 파악하였다. 공력 자료는 비정상 패널법과 경험후류 방법을 이용하여 구하였으며, $0^{\circ}$에서 $9^{\circ}$까지 등간격으로 $1.5^{\circ}$ 씩 피치각을 증가시키면서 블레이드 표면상의 공력 하중 분포를 얻어내었다. 수치해석을 통해 얻어낸 두께 소음은 피치각에 무관한 결과를 보였으나, 하중소음은 피치각이 $1.5^{\circ}$ 씩 증가할 때 마다 대략 3~4dBA정도로 소음의 세기가 증가하는 경향을 보였으며, 이정도의 증가분은 소음이 더 커졌음을 감지할 수 있는 충분한 크기라 할 수 있다. 또한 하중소음의 방향성 결과로부터 블레이드의 윗면 보다는 아랫면에서의 소음의 세기가 더 크게 나옴을 알 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권3호
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• pp.221-231
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• 2021

본 연구에서는 덕트 팬-상/하부 베인의 제자리 비행 공력 특성에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 일정한 회전 속도, 블레이드 콜렉티브 피치각에서 상부 베인 꺾임각 변화에 따른 시스템 구성 요소별 공력 민감도를 분석하였다. 개별 베인 작동 메커니즘과 덕트-베인 공력 상호 간섭의 물리적 특성을 파악하고자 베인의 조종 성능과 덕트 공력하중 분포를 상세히 분석하였다. 마지막으로, 전기체의 조종 성능 개선을 위해 상부 베인의 새로운 작동 메커니즘을 제안하였다. 상부 베인 꺾임각 변화에 따라 상부 베인 측력과 롤링 모멘트는 선형 증가하였으나, 전기체 측력은 덕트에서 작용하는 반력에 의해 현저히 낮게 나타났다. 또한 덕트 수축부 가까이 위치한 상부 베인이 조종 성능 변화에 가장 큰 역할을 하였다. 덕트와 상부 베인 흡입면의 공력 상호 간섭에 의해 덕트의 음압이, 덕트와 상부 베인의 압력면 공력 상호 간섭에 의해 압력 회복이 발생하여 덕트의 비대칭 공력 증가의 원인이 되었다. 4개의 상부 베인을 0°로 고정시키거나 제거했을 때, 덕트의 비대칭 공력은 감소하고, 전기체의 롤링 모멘트는 80%까지 증가하여 공력 성능이 개선되었다.