• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.33.1-33.1
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• 2011

풍력발전기가 점차 대형화되어가는 추세에 따라 블레이드 역시 점차 길어지고 무거워지는 경향을 보이고 있다. 이는 블레이드뿐만 아니라 풍력발전기 시스템 전체의 하중 및 비용의 증가를 불러오게 되므로, 시스템의 성능 및 하중에 가장 큰 영향을 끼치는 블레이드의 공력특성에 대한 연구가 전 세계적으로 지속되고 있다. 그 중에서도 특히 작동 중 오염에 의한 블레이드 표면 거칠기 변화는 블레이드의 공력특성을 변화시켜, 발전기 전체의 성능뿐만 아니라 전체 하중에도 영향을 끼치는 주요 인자이다. 따라서 풍력발전기 블레이드 설계 시에 예측된 설계하중과 실제 운용 환경에 의해 변화된 운용하중 간의 차이를 예측할 수 있다면, 블레이드 설계 시에 표면 거칠기 변화에 따른 영향을 고려함으로써 실제 운용 환경에 맞는 최적의 블레이드 및 풍력발전기 시스템 설계를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 블레이드의 표면 거칠기 변화에 따라 풍력발전기 하중이 어떻게 영향을 받는지에 대하여 분석하였다. 이를 위하여 표면 거칠기 민감도를 고려하지 않고 설계된 기준 블레이드와, 운용 중 표면 거칠기가 변화된 블레이드의 2개 모델에 대한 하중해석을 수행하고 그 결과를 비교하였다. 보다 실제적인 해석을 위해 Multi-MW 급 풍력발전기 시스템 모델을 대상으로 최적 설계된 블레이드를 기준 모델로 삼았다. 하중계산방법은 IEC 및 GL 2010 가이드라인을 참고하였으며, 일부 주요 극한하중 상황에 대하여 해석을 수행하여 설계하중상황(design load case, DLC) 별로 하중의 증감 및 경향을 비교하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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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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• 2007.11a
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• pp.361-365
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• 2007

풍력 발전기의 블레이드 설계를 위하여 각 설계 변수에 대한 영향을 파악하기 위하여 연구를 수행하였다. 블레이드의 공력 형상을 결정짓는 설계 변수를 분류하고 이에 대하여 parametric study를 통하여 각 설계 변수가 주어진 환경에서 블레이드의 성능 및 하중에 어떠한 영향을 주는 가에 대하여 살펴보았다. 이를 블레이드의 성능 및 기준 하중에 대한 해석은 BEMT를 이용하였다. 본 결과는 블레이드의 실제 공력 설계에서 설계 변수의 선정과 그 영향에 대하여 미리 파악하는데 도움을 줄 것으로 기대된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.3
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• pp.297-304
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• 2012

For the assessment of the performance of a wind-turbine blade, a simulated loading test may be required. In this study, the blade behavior was investigated through numerical analysis using a dual-axis loading test, closely simulating the real operation conditions. The blade structure for the 100-kW-class wind-turbine system was modeled using the finite element (FE) program ANSYS. The failure criteria and buckling analysis under dual-axis loading were examined. The failure analysis, including fiber failure and inter-fiber failure, was performed with Puck's failure criterion. As the dual-axis load ratio increases, the relatively increased stress occurs at the trailing edge and skin surface 3300-3600 mm away from the root. Furthermore, it is revealed that increasing the dual-axis load ratio makes the location that is weakest against buckling move toward the root part. Thus, it is seen that the dual-axis load test may be an essential requirement for the verification of blade performance.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.1 no.1
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• pp.1-7
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• 2002

This paper describes the analysis method about the dynamic characteristics and vibratory load through HDS(Helicopter Design Study). To analyze the dynamic characteristics of helicopter rotor blade, the natural frequencies and modes are calculated according to rotor operational speed(Ω). Generally the proximity of rotor natural frequency and N times of rotor operational speed is a dominant component to determine the helicopter vibration. Also we can predict the airframe vibration by calculating the airload of rotating blade exactly. We expect to establish the design procedure of rotor dynamics by describing the two major analysis methods necessary to rotor design.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.4
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• pp.289-309
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• 2014

A rotor blade is an important device that converts kinetic energy of wind into mechanical energy. Rotor blades affect the power performance, energy conversion efficiency, and loading and dynamic stability of wind turbines. Therefore, considering the characteristics of a wind turbine system is important for achieving optimal blade design. This study examined the general blade design procedure for a wind turbine system and aero-structure design results for a 2-MW class wind turbine blade (KR40.1b). As suggested above, a rotor blade cannot be designed independently, because its ultimate and fatigue loads are highly dependent on system operating conditions. Thus, a reference 2-MW wind turbine system was also developed for the system integrated load calculations. All calculations were performed in accordance with IEC 61400-1 and the KR guidelines for wind turbines.

• Composites Research
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• v.29 no.6
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• pp.369-374
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• 2016

In this study, a structural optimal design of 10 MW composite blade was performed using bend-twist coupled(BTC) design concept. Bend-twist coupling of blade means the coupling behavior between the bending and torsional deflections due to the composite lamina with fiber angle biased from the blade longitudinal axis. This can potentially improve the overall performance of composite blade and reduce the dynamic loading. Parametric studies on layup angle, thickness and area of off-axis carbon UD were conducted to find the optimum coupling effect with weight reduction. Comparing the results of fatigue load analysis between conventional model and BTC applied model, the damage equivalent load(DEL) of blade root area were decreased about 3% in BTC model. To verify the BTC effect experimentally, a 1:29 scaled model was fabricated and the torsion at the tip under deflection behavior of blade stiffener model was measured by static load test.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.8
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• pp.905-911
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• 2012

To establish a floating offshore wind turbine simulation model, a tension leg platform is added to an onshore wind turbine. The wind load is calculated by using meteorological administration data and a power law that defines the wind velocity according to the height from the sea surface. The wind load is applied to the blade and wind tower at a regular distance. The relative Morison equation is employed to generate the wave load. The rated rotor speed (18 rpm) is applied to the hub as a motion. The dynamic behavior of a 2-MW floating offshore wind turbine subjected to the wave excitation and wind load is analyzed. The flexible effects of the wind tower and the blade are analyzed. The flexible model of the wind tower and blade is established to examine the natural frequency of the TLP-type offshore wind turbine. To study the effect of the flexible tower and blade on the floating offshore wind turbine, we modeled the flexible tower model and flexible tower-blade model and compared it with a rigid model.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.449-452
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• 2009

본 연구에서는 소형 플랩을 채용하여 능동하중제어를 이루고자하는 풍력 블레이드의 적용을 염두해 둔 에어포일 설계를 수행하였다. 블레이드 팁 부분에 플랩을 적용하고자 하는 경우 플랩의 구동장치, 연결 부위 등의 장치 설치를 위한 공간이 블레이드 내부에 필요하다. 이를 위하여 기존의 에어포일의 성능을 유지하면서 뒷전의 두께비가 증가된 에어포일 형상의 설계가 필요하다. 최적설계를 위하여는 MIGA(Multi- Island Genetic Algorithm)을 채용하였으며 에어포일의 성능 계산을 위하여는 Xfoil을 결합하였다. 또한 형상 생성을 위하여 Hick-Henne 형상 함수를 이용하였다. 위와 같은 방법으로 설계된 에어포일은 코드길이 85% 위치에서 두께비 6.3%,양항비 133을 가지게 되어 기본으로 설정한 DU180 에어포일에 비해 성능과 필요 두께비를 모두 능가하는 에어포일이 되었다.

• New & Renewable Energy
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• v.5 no.4
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• pp.29-32
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• 2009

본 연구에서는 소형 플랩을 채용하여 능동하중제어를 이루고자하는 풍력블레이드의 적용을 염두해 둔 에어포일 설계를 수행하였다. 블레이드 팁 부분에 플랩을 적용하고자 하는 경우 플랩의 구동 장치, 연결 부위 등의 장치 설치를 위한 공간이 블레이드 내부에 필요하다. 이를 위하여 기존의 에어포일의 성능을 유지하면서 뒷전의 두께비가 증가된 에어포일 형상의 설계가 필요하다. 최적설계를 위하여는 MIGA(Multi-Island Genetic Algorithm)을 채용하였으며 에어포일의 성능 계산을 위하여는 Xfoil을 결합하였다. 또한 형상 생성을 위하여 Hick-Henne 형상 함수를 이용하였다. 위와 같은 방법으로 설계된 에어포일은 코드길이 85% 위치에서 두께비 6.3%,양항비 133을 가지게 되어 기본으로 설정한 DU180에어포일에 비해 성능과 필요 두께비를 모두 능가하는 에어포일이 되었다.