• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 2001.10a
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• pp.206-209
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• 2001

This paper contains the development procedure of small-scaled composite rotor blade for helicopter hingeless rotor system. Composite blade design is conducted by using CORDAS program developed by KARI and dynamic analysis is conducted by using Flightlab which is commercial software for helicopter analysis. Also the optimizing procedure of iterative design was described. The designed composite blades were manufactured after establishing the effective curing method. Through this research, the experiences of composite rotor blade development were accumulated and will be applied to the related research field.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.2 no.2
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• pp.33-44
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• 2003

This paper describes the design and analysis technology of composite flexure and composite paddle-type blade which are all key technologies on hingeless rotor system. Through replacing the existing metal or engineering plastic flexure part with composite part, Several required structural analysis were accomplished, which are static analysis by using NASTRAN and dynamic analysis by using FLIGHTLAB. The dynamic characteristics of composite hingeless hub attached with paddle-type blade was also investigated. Further more, small-scaled paddle-type blade was designed using froude scaled properties of existing full size blade. Through this design procedure of composite paddle-type blade, the structural design method was achieved. These results will be applied to accomplishing current project named as "the development of next-generation helicopter rotor system."

• Journal of the KSME
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• v.34 no.5
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• pp.342-350
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• 1994

본 연구를 통하여 기존에 사용되고 있던 알루미늄 압출재 블레이드를 복합재료로 대치하여 개 발함으로써 이의 타당성을 검토하여 보았다. 풍력발전기의 개발 추세는 점차 메가와트 (megawatt)급 시스템으로 진행되어 터빈 블레이드가 대형화됨에 따른 터빈브레이드의 경량화 및 내구력의 향상이 절실히 요구된다. 이는 복합소재의 사용으로 경량화를 통한 시스템 각요소의 제작비용절감 및 내구력 향상을 통한 시스템의 수명증대의 효과를 확보할 수 있을 것이다. 그 러나 복합재료를 사용한 터빈 블레이드는 기존의 알루미늄을 이용한 재료보다는 가격경쟁에서 다소 떨어지며 제작공정상의 어려움과 정밀한 설계기술의 미개발 등 아직도 많은 난점을 안고 있는 실정이다. 그러나 현재 풍력에너지 이용 선직국의 개발추이로 보아 대용량시스템의 터빈 블레이드는 복합소재의 사용이 필수적이며 보다 효율적인 양산시스템의 구축과 최적설계에 대한 연구가 지속적으로 실시되면 기존의 블레이드와는 충분한 경쟁성을 확보할 것으로 전망된다.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.11 no.4
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• pp.30-35
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• 2017

In this work, a manufacturing and structural test of 1kW class horizontal axis wind turbine blade using natural-fiber composite was performed. The aerodynamic design of blade was performed after investigation on design requirement. The structural design load was investigated after aerodynamic design of blade. And also, structural design of blade was carried out. The structural design of blade was carried out using the simplified methods such as the netting rule and the rule of mixture applied to composite. The structural safety of the designed blade structure is investigated through the various load cases, stress, deformation and buckling analyses using the FEM method. Finally, the blade manufacturing and structural test using natural composite was carried out.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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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.

• Composites Research
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• v.28 no.4
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• pp.204-211
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• 2015

This paper presents a theory related to a two-dimensional linear cross-sectional analysis, recovery relationship and a one-dimensional nonlinear beam analysis for composite wing structure with initial twist. Using VABS including a related theory, the design process of the composite rotor blade has been described. Cross-sectional analysis was performed at cutting point including all the details of geometry and material. Stiffness matrix and mass matrix were linked to each section to make 1D beam model. The 3D strain distributions within the structure were recovered based on the global behavior of the 1D beam analysis and visualize numerical results.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.7
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• pp.634-641
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• 2009

In this work, the behavior of vibratory hub loads induced due to the uncertainties of composite material properties for each of the participating rotor blades is investigated. The random material properties of composites available from the existing experimental data are processed by using the Monte-Carlo simulation technique to obtain the stochastic distribution of sectional stiffnesses of composite blades. The coefficients of variation (standard deviation divided by the mean) obtained from the sectional stiffness constants are used as an input to the comprehensive aeroelastic analysis code that can evaluate the hub loads of a rotor system. It is found that the uncertainty effects of composite material properties inevitably bring a dissimilarity to the rotor system. The influence of hub vibration response with respect to the individual stiffness (flatwise bending, chordwise bending and torsion) changes is also identified.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.39 no.3
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• pp.261-268
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• 2011

Generally, modeling procedure of cross section of composite rotor blade is complicated and time-consuming, because it is made up of various stiffeners and multiple layers of composite materials. For efficient modeling of cross section of composite rotor blade, a modeling program so called KSec2D, which provides a user friendly GUI, is developed by using a 2D modeling algorithm based on set operation. By the developed program KSec2D, a modeling of complicated cross section of rotor blade is carried out. Through the demonstration, the usefulness of developed program in modeling procedure of cross section of composite rotor blade is verified.

• Composites Research
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• v.18 no.4
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• pp.52-58
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• 2005

A cyclocopter propelled by the cycloidal blade system, which can be described as a horizontal rotary wing, is a new concept of VTOL vehicle. In this paper, optimized structure design is carried out for the aerodynamically optimized cyclocopter rotor system. Database is obtained fer design variables such as stacking sequence (ply angles), number of plies and spar locations through MSC/NASTRAN and optimum values are determined by RSM and some other optimizing processes. For the rotor system including optimized blade and composite hub m, the maximum stress by static analysis is within the failure criteria. And the rotor system is designed for the purpose of avoiding possible dynamic instabilities by inconsistency between frequencies of rotor rotation and some low natural frequencies of rotor.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.187-187
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• 2010

최근 해상풍력 블레이드가 대형화됨에 따라 보다 가볍고 강한 재료가 요구되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 복합재는 발사우드나 PVC 폼 등을 코어소재로 하고, 유리섬유나 탄소섬유 등을 보강섬유로 사용하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 복합재에 대한 특성을 알아보고, 최근 흡음, 충격 및 열에 강한 발포 알루미늄을 이용한 복합재를 해상풍력 블레이드 제조에 적용하여, 구조 강도 실험을 실시함으로써 기존 복합재와 구조 강도 및 비용 등을 비교 검토하여 우수한 복합재를 제시하고자 한다. 이를 위해 대형구조물인 블레이드를 제작하기 위해 적절한 크기의 발포 알루미늄을 상호 접합하기 위한 방법을 연구하고자 하며, 목포대학교에서 보유중인 만능재료시험기(100 Ton)를 활용하여 인장, 압축, 굽힘 실험을 실시하고, 스킨재 변화, 코어재의 밀도와 두께 변화를 고려하여 다양한 복합재의 강도를 비교하고자 한다. 또한, 기존에 사용되고 있는 복합재와 발포 알루미늄을 이용한 복합재의 재료비 및 가공비를 추정하고 경제적인 복합재를 제시하고자 한다.