• Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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• 2017.04a
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• pp.54-54
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• 2017

본 연구는 무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 기초 단계로서 V1505A 및 V2008B 기본 두 익형의 400 mm 블레이드 섹션에 해당하는 모델에 대한 풍동실험을 실시하여 양력, 항력 및 동력특성을 분석하고 CFD 시뮬레이션의 결과와 비교하고 검증하였다. 시뮬레이션은 풍동 실험과 유사하게 설정하기 위하여 400 mm 블레이드 섹션의 양 끝을 벽으로 제한하여 3차원 와류현상을 억제하여 모델을 구성하였고, 시뮬레이션의 결과와 비교하여 모델을 검증하였다. 사용된 모델은 로터로부터 $Re=0.32{\times}10^6$ 영역까지는 aminar 모델을 사용하였으며, 그 이후 영역역(>$Re=0.32{\times}10^6$)은 양력 및 저항의 급격한 변화를 올바로 포착할 수 있다는 S-A 모델을 적용하여 확장하였다. 시뮬레이션의 격자는 유동 현상에 있어 박리로 야기된 와류 현상을 관찰하기 위하여 익형 주변에 접하는 부분에 격자를 집중시켰다. 시뮬레이션 방법은 유속은 36~141 m/s 까지 5 수준으로 하였으며, 받음각은 $0{\sim}16^{\circ}$로 7 수준으로 변화 시키면서 공력계수 및 동력을 분석하였다. 양력분석에 있어 익형 V1505A에 비해 익형 V2008B의 특성이 우수하였으나, 익형 V1505A는 실속 이후 양력이 급격히 떨어지지 않고 유지되는 특성을 보였다. 익형 V2008B는 낮은 받음각에서 높은 공력과 낮은 항력을 나타냈다. 동력 분석 결과로 익형 V1505A의 유도동력은 총 동력의 56~72%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 27~43%를 차지하였다. 익형 V2008B는 유도동력은 총 동력의 66~81%를 차지하고, 형상동력은 총 동력의 18~33%를 차지하였다. 익형 V2008B이 익형 V1505A보다 유도동력은 크며, 형상동력은 적게 나와 상대적으로 효율적이라 할 수 있다. 헬리콥터 동력원의 규모는 법률적인 총중량에 의하여 제한되므로 일반적인 농용 소형 무인 헬리콥터 엔진의 사양인 24.5 kW (32PS)를 적용한다면, 익형 V1505A은 받음각 $8{\sim}10^{\circ}$에서 그리고 익형 V2008B은 $7{\sim}9^{\circ}$정도에서 받음각이 제한되며 이때 총 양력은 1200~1300 N 정도로 예상된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.47-50
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• 2005

본 연구의 목적은 차세대 대체에너지로 각광받는 풍력발전 중에서 육상발전보다 여러 가지 이점이 있는 해상에서의 한국형 풍력터빈 블레이드의 최적 형상을 위 한 알고리즘을 구현하는 것이다. 풍력터빈 블레이드에서 깃익형의 공기 역학적 특성은 매우 중요한 사항이다. 이를 위해서 익형 성능예측에 층류에서 난류로의 천이과정을 포함하는 XFOIL을 이용하여 블레이드 익형 단면의 양력과 항력 분포를 해석하였다. 첫 번째 수준의 설계변수는 운용범위내의 바람의 속도와 블레이드 지름, 축 회전수이며, 각 단면에서의 비틀림각과 시위길이는 두 번째 수준의 설계 변수이다. 운용범위 내의 각 설계점에서 익형의 공력 변수들과 최소에 너지손실 조건을 이용하여 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 각각의 설계점에서 결과를 바탕으로 풍력발전의 설계 운용범위에서 반응면을 구성하고 구배최적화 기법을 통해 요구동력의 제약함수를 만족하고 효율을 최대로 하는 블레이드 형상을 구현하였다. 최적형상에 대해 탈설계점 해석을 수행하여 그 성능을 구하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.31 no.7
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• pp.69-74
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• 2003

By employing vane tip concept, a new rotor blade (NRSB-I) has been designed to enhance the noise characteristics of BERP blade. Numerical analyses have been performed for hovering rotor and the results are compared with respect to those of original BERP blade. Although the thrust of designed rotor decreases by 6-7% due to cutout at the tip region, the results indicate that the actual performance loss is negligible because power reduction is greater than thrust loss. It is also found that aerodynamic fence is required at the outboard kink to obtain clearly separated twin-vortices because the vortex generated at kink is diffused during the convection over the blade surface.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.8
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• pp.661-668
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• 2015

We present a design methodology for horizontal-axis tidal turbine blades based on blade element momentum theory, which has been used for aerodynamic design and power-performance analysis in the wind-energy industry. We design a 2-blade-type 1 MW HATT blade, which consists of a single airfoil (S814), and we present the detailed design parameters in this paper. Tidal turbine blades can experience cavitation problems at the blade-tip region, and this should be seriously considered during the early design stage. We perform computational fluid dynamics (CFD) simulations considering the cavitation model to predict the power performance and to investigate the flow characteristics of the blade. The maximum power coefficient is shown to be about 47 under the condition where TSR = 7, and we observed cavitation on the suction and pressure sides of the blade.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.39 no.8
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• pp.693-702
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• 2015

This paper presents the performance characteristics of a Darrieus-type vertical-axis wind turbine (VAWT) with National Advisory Committee for Aeronautics (NACA) airfoil blades. To estimate the optimum shape of the Darrieus-type wind turbine in accordance with various design parameters, we examine the aerodynamic characteristics and separated flow occurring in the vicinity of the blade, the interaction between the flow and blade, and the torque and power characteristics that are derived from it. We consider several parameters (chord length, rotor diameter, pitch angle, and helical angle) to determine the optimum shape design and characteristics of the interaction with the ambient flow. From our results, rotors with high solidity have a high power coefficient in the low tip-speed ratio (TSR) range. On the contrary, in the low TSR range, rotors with low solidity have a high power coefficient. When the pitch angle at which the airfoil is directed inward equals $-2^{\circ}$ and the helical angle equals $0^{\circ}$, the Darrieus-type VAWT generates maximum power.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2014.03a
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• pp.637-642
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• 2014

선행 연구에서 블레이드 뒷전에 탄성 플랩이 장착되면 받음각에 따라 양력의 증가가 항력의 증가보다 상대적으로 더 커지게 되어 전체적인 양항비(앙력과 항력의 비)가 증가하는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 선행의 연구를 참조하여 플랩의 길이가 변함에 따라서 양력과 항력의 변화를 비교하였다. 블레이드의 종류와 플랩의 제원은 현재 이용되는 수직축 풍력 발전기의 제품과 동일하게 사용하였다. EDISON_CFD와 MIDAS_IT를 이용하여 플랩이 장착된 블레이드 주변의 유체 유동을 해석하고, 플랩의 상하변위를 계산하였다. 이 과정을 반복 수행하여 플랩의 거동을 분석하고 플랩의 길이와 받음각에 따른 양항비를 비교하여 이전보다 효율적인 플랩을 설계하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.34 no.6
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• pp.1-9
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• 2006

본 연구의 목적은 여러 가지 비행 모드 상의 로터 성능을 효율적으로 예측하는 것이다. 헬리콥터의 공력 특성을 예측하기 위한 비정상 source-doublet 패널 기법 기반의 수치 기법을 개발하였다. 후류의 형상 예측에는 시간 전진 자유후류모델이 사용되었다. 점성에 의한 확산을 고려한 후류의 roll-up 모사를 위하여 후류의 doublet 패널은 같은 강도의 와류고리로 대체하여 계산하였다. 후류와 양력면의 충돌 문제는 표면격자 내부에 들어간 와류고리의 포텐셜값을 제거하여 해결하였다. 제자리비행의 해석 시에 나타나는 와류 불안정성의 해결에는 slow starting과 vortex core growth 모델을 사용하였다. 로터 공력 해석 프로그램은 제자리비행과 전진비행에 대한 실험 결과와 비교하여 검증하였으며, 실험치와 일치하는 결과를 얻을 수 있었다.

• Aerospace Engineering and Technology
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• v.3 no.1
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• pp.35-44
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• 2004

In this study, one dimensional aerodynamic and structural study of a partial admission turbo pump turbine was performed. A turbine consists of a nozzle, rotor, outlet guide vanes. The aerodynamic characteristics of each component was derived from the governing equation and validated from the CFD calculations. One-dimensional basic design such as velocity triangles was conducted from the mean line analysis and modified from the 2-D and 3-D CFD analysis. The blade profile was determined by the CFD optimization. The thermal stress analysis and structural analysis are needed to be studied in the next design stage.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.501-504
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• 2011

In this study, structural design of the propeller blade for turboprop aircraft was performed. The propeller shall have high strength to get the thrust to fly at high speed. The high stiffness and strength carbon/epoxy composite material was used for the major structure and skin-spar-foam sandwich structural type was adopted for improvement of lightness. As a design procedure for the present study, firstly the structural design load was estimated through investigation on aerodynamic load and then flanges of spars from major bending loads and the skin from shear loads were preliminarily sized using the netting rule. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis was performed by finite element analysis code MSC. NASTRAN. Finally, it is investigated that designed blade have high efficiency and structural safety to analyze of aerodynamic and structural design results.

• Proceeding of EDISON Challenge
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• 2012.04a
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• pp.45-48
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• 2012

본 연구는 인력기를 개발함에 있어서 이에 적합한 프로펠러의 형상을 설계하기 위하여 진행되었다. 인력기는 인간을 유일한 동력원으로 사용하기 때문에 적은 동력, 낮은 RPM을 가지고 비행을 하게 된다. 이에 따라 기존의 항공기와는 다른 특성 및 형상을 가지는 프로펠러 개발의 필요성이 인지되었다. 본 연구에서는 설계하고자 하는 인력기의 제원에 맞는 프로펠러의 특성을 설정한 뒤, 프로펠러의 블레이드를 수 개의 airfoil section으로 나누고, 각 섹션에 대한 공력 특성을 프로펠러 이론 및 Edison CFD를 통하여 계산 및 유추하였다. 이 계산 결과를 토대로 구한 각 airfoil section의 정보를 통하여 프로펠러의 형상을 얻어 낼 수 있었으며, 최종적으로 이를 ANSYS Fluent, CFX와 같은 상용 프로그램을 이용하여 분석함으로써 설계 전에 목표로 하였던 프로펠러의 성능에 도달하였는가를 확인할 수 있었다.