• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2001년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.206-209
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• 2001

본 논문에서는 헬리콥터용 힌지없는 로터 시스템의 축소 복합재료 블레이드의 개발 과정을 소개한다. 블레이드 설계에는 자체 보유의 CORDAS 프로그램을 이용하였으며 블레이드 동역학 해석에는 헬리콥터용 해석 프로그램인 Flightlab 상용 프로그램을 이용하였다. 힌지없는 허브에 설계된 복합재료 로터 블레이드를 연결하여 동적 특성을 분석하였으며 그 결과를 이용하여 설계 변경하는 과정을 수행함으로써 최적의 설계값을 구하는 과정을 기술하였다. 효과적인 성형 공법을 정립하여 설계된 축소 복합재료 블레이드를 제작하였다. 본 연구를 통해 복합재료 블레이드 개발 과정에 대한 경험을 축적하였으며 축적된 기술을 관련 분야에 적용할 예정이다.

• 항공우주기술
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• 제2권2호
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• pp.33-44
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• 2003

본 논문은 힌지없는 로터 시스템의 설계 핵심기술인 복합재료 플렉셔 설계 및 패틀형 복합재료 블레이드 설계/해석 기법을 소개하였다. 기존 금속재 혹은 엔지니어링 플라스틱 플렉셔 부품을 복합재료를 사용하여 설계한 후 NASTRAN과 FLIGHTLAB을 이용하여 구조 해석 및 동역학 특성 해석을 수행하였다. 패들형 블레이드를 복합재료 힌지없는 플렉셔 장착 허브에 연결한 힌지없는 로터 시스템에 대한 동적 특성을 살펴보았다. 또한 패들형 블레이드를 기존 실물크기 블레이드 구조 자료를 이용하여 프루드 축소화하였으며 축소값을 이용하여 블레이드를 설계하였다. 이 과정을 통해 형상이 복잡한 패들형 복합재료 블레이드에 대한 형상 설계 및 단면구조 설계 기법을 익혔다. 본 논문은 현재 수행중인 “차세대 헬리콥터 로우터 시스템 개발” 사업 등에 직접 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 기계저널
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• 제34권5호
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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.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권4호
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• pp.30-35
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• 2017

본 연구에서는 자연섬유 복합재료를 적용하여 1kW급 수평축 소형 풍력 발전 시스템 블레이드의 제작과 구조 시험 연구를 수행하였다. 블레이드의 설계 요구 조건을 분석하여 공력 설계를 수행하였다. 공력 설계 이후 구조 설계 하중을 도출하고 블레이드의 구조 설계를 수행하였다. 블레이드의 구조 설계기법은 복합재료를 적용한 단순 설계 기법과 혼합 설계 기법을 적용하였다. 설계된 블레이드의 구조 안전성은 다양한 하중조건, 변위, 좌굴 등의 해석을 위해 유한요소기법으로 분석하였다. 최종 자연 섬유를 적용한 블레이들 제작하였으며, 구조 시험을 수행하였다.

• 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.

• Composites Research
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• 제28권4호
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• pp.204-211
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• 2015

본 논문에서는 블레이드와 같이 세장비가 크고 초기 비틀림이 존재하는 복합재료로 구성된 날개 구조물에 대한 이차원 단면의 차원축소와 복원관계를 이론적으로 기술하고 이를 이용한 복합재료 로터 블레이드의 효율적인 설계 과정을 기술하였다. 차원축소와 복원해석 수치해석 프로그램인 VABS를 이용하여 단면해석을 수행하고 연성이 고려된 강성행렬과 질량행렬을 중립점에 연결하여 블레이드의 특성을 포함한 1차원 보 모델링을 구성하였다. 1차원 보 모델을 통해 블레이드의 거동을 확인하고 내부하중을 계산하여 단면위치에서 변형률 복원을 수치적으로 계산하고 이산화 된 단면에 수치적으로 매칭하여 시각적으로 형상화하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권7호
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• pp.634-641
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• 2009

본 연구에서는 개별 블레이드의 복합재료 물성의 불확실성에 의해 발생하는 허브 진동하중의 특성에 대해 고찰하였다. 몬테-카를로 시뮬레이션 기법을 적용하여 시험에서 얻은 복합재료의 기계적 특성으로부터 블레이드의 단면 강성계수에 대한 확률적 분포를 구하였다. 단면 강성계수의 평균 및 표준편차 값을 이용하여 통합 공탄성 해석 코드의 입력 파일을 생성하고, 이로부터 허브 작용 하중을 구하였다. 복합재료 블레이드의 불확실성 효과는 필연적으로 로터 시스템의 상이성을 야기함을 보였다. 또한 개별 강성계수의 변화에 대한 허브 진동 응답의 특성을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권3호
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• pp.261-268
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• 2011

복합재료 로터 블레이드는 각종 보강재와 더불어 적층된 형태로 구성되어 있어 그 단면 구조가 매우 복잡하고, 이로 인해 모델링에 어려움이 존재한다. 본 논문에서는 효율적인 로터 블레이드 단면 모델링을 위해 집합 연산에 기반 한 2차원 모델링 알고리듬을 활용하여 그래픽 사용자 환경을 갖춘 프로그램 KSec2D를 구현하였다. 구현된 프로그램을 이용하여 복잡한 로터 블레이드 단면 형상 모델링을 수행하고 이를 통해 복합재료 로터블레이드 모델링 시 개발된 프로그램의 유용성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제18권4호
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• pp.52-58
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• 2005

사이클로콥터는 회전축에 평행하게 회전하는 블레이드로 구성된 사이클로이드 블레이드 시스템으로부터 추력을 얻는 수직이착륙 무인기이다. 본 논문에서는 공기역학을 고려한 최적 설계를 통해 결정된 형상을 갖는 사이글로콥터 로터에 대해서 구조적 관점에서 최적 설계를 수행하였다. 복합재료 블레이드의 적층각, 적층수와 스파 위치 등을 설계 변수로 하여 MSC/NASTRAN을 이용한 해석을 통해 데이터베이스를 구축하고, 반응면 기법 등에 의해서 최적의 조합을 결정하였다. 최적 설계된 블레이드와 복합재료로 구성된 허브암을 포함하는 로터에 대해, 정적 해석을 수행하여 각 요소가 허용 응력 이내의 값을 가짐을 확인하였고, 동적 해석을 통해 주요 저차 모드가 로터 회전과 불일치하게 함으로써 공진의 가능성을 없앴다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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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.