• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권4호
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• pp.239-247
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• 2013

최근 화석연료의 고갈과 환경오염으로 인하여 해상풍력에너지와 같은 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 범용 동역학해석 프로그램인 MSC.ADAMS를 이용하여 공력하중 및 전기 발전기 토오크를 결정하기 위한 테브난(Thevenin) 방정식이 고려된 해상풍력발전기의 다물체 동역학 해석 기법을 검토하였다. 해석대상으로 고려한 시스템은 5MW급 해상풍력발전기이며, 3개의 블레이드가 수평축 방향에서 역풍을 받아 전기를 생산하는 수평축 풍력발전 형태이다. 블레이드에 작용하는 공력하중은 블레이드 요소 모멘텀 이론을 기반으로 일반화된 동적 웨이크를 고려할 수 있도록 개발된 AeroDyn 프로그램으로부터 산출하였다. 해상풍력발전기의 주요 연결부에서의 동적하중과 토오크 특성이 실제 현상과 유사하게 산출될 수 있도록 하기 위하여, 다물체 동역학 모델 상에 블레이드와 타워는 실제 구조 특성치를 고려한 유연체 모델링을 적용하였다.

• 한국전산유체공학회지
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• 제18권3호
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• pp.51-59
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• 2013

A significant change in aerodynamic characteristics of wind turbine blade can occur by ice formed on the surface of the blade operated in cold climate. The ice accretion can result in performance loss, overloading due to delayed stall, and excessive vibration associated with mass imbalance. In this study, the impact of ice accretion on the aerodynamic characteristics of NREL 5MW wind turbine blade sections is examined by a CFD-based method. It is shown that the thickness of ice accretion increases from the root to the tip and the effects of icing conditions such as relative wind velocity play a significant role in the shape of ice accretion. In addition, the computational results are used to assess the degradation in the lift and drag coefficients of the blade sections.

• 풍력에너지저널
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• 제5권1호
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• pp.33-42
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• 2014

The new aerofoil, KA2 was designed to apply to the wind turbine blade. For the aerofoil, numerical analysis was performed to review aerodynamic characteristics like lift and drag coefficient. And they are verified with test data using the digital wind tunnel and test samples from 3D printer. The digital wind tunnel was developed to test wing in the small laboratory, and verified with test of NACA0012 airfoil. KA2 aerofoil is asymmetric, and has the thickness ratio of 14%, and 12 degree of AOA at the maximum lift coefficient of 1.3. In this paper, aerodynamic characteristics from numerical and test approaches will be proposed with AOA in detail. Therefore, this aerofoil will be used for the design of wind turbine blade.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권1호
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• pp.25-30
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• 2015

풍력발전기의 핵심 부품인 풍력 블레이드는 예상치 못한 풍 하중과 공력 특성으로 인해 불안전한 상태에 놓여 있다. 그에 따라 필연적으로 발생하는 내부 결함을 검출하기 위해 초음파탐상을 이용한 비파괴검사가 주로 진행되어 왔다. 하지만 블레이드의 소재 특성으로 인해 음향 신호 분석에 따른 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 풍력 블레이드 인공결함시험편을 제작후, 능동적 광 적외선열화상 비파괴검사 방법을 이용하여 결함의 크기를 정량화하기 위한 실험을 진행하였다. 100 kW 급 블레이드 내부의 결함 크기 정량화를 위해 알루미늄 켈리브레이션 테이프를 사용하였으며, 게재물(inclusion), 디본딩(debonding), 주름(wrinkle) 결함을 삽입하였다. 실험 결과 모두에서 뚜렷한 결함 검출이 가능하였으며, 결함 크기 정량화 결과 debonding 인공 결함 (${\phi}50.0mm$)에서 최대 98.0%의 정확성을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권10호
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• pp.975-983
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• 2009

본 논문은 동축반전 로터 블레이드의 성능 특성 파악을 위한 선행연구로서, 단일 로터 블레이드에 대한 공력 데이터 획득 및 성능 특성을 확인하기 위한 연구에 중점을 두었다. 이를 위해 제자리 비행 상태에서 추력과 토크의 측정이 가능한 소형 로터 블레이드용 회전 시험장치를 구성하고 제작하였다. 로터 회전 시험장치는 회전장치부, 센서부, 그리고 데이터 획득 시스템으로 구성되었으며, 고정된 회전속도에서 콜렉티브 피치각을 변화시키면서 추력과 토크를 측정할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 저 레이놀즈 수 ($Re{\approx}3{\times}10^5$) 영역에서 운용되는 단일 로터의 제자리 비행 성능 시험을 수행하였고 소형 로터 블레이드의 제자리 비행 성능을 획득하여 로터 회전 시험장치의 성능을 검증하였다.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.59-59
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• 2017

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권4호
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• pp.315-320
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• 2008

본 논문은 상용유동해석코드인 Fluent를 이용하여 NREL(National Renewable Energy Laboratory) Phase VI 로터에 대한 공력특성을 연구하였다. 해석 결과는 NREL/NASA Ames 풍동 시험결과와 비교하였다. 풍력터빈로터의 반경방향에 대해 속도의 변화에 따른 압력분포를 비교하였다. 계산된 결과는 저속일 때 실험결과와 잘 일치 하였지만 고속일 때 블레이드의 suction side에서 실험결과와 잘 일치하지 않았다. 2기의 풍력터빈간의 거리가 풍력터빈 로터지름의 10배일 때 후류의 영향을 고려한 후방 풍력터빈 로터의 공력해석을 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.726-733
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• 2013

헬리콥터 로터 블레이드는 헬리콥터의 성능을 좌우하는 동시에 비행 시 주된 소음을 발생함에 따라 고성능, 저소음 특성이 요구되는 구상품이다. 국내 소형무장헬기 개발과 병행하여 개발될 민수헬기는 해외체계업체 보유 민수헬기를 기반으로한 국제공동 업그레이드 개발이 추진됨에 따라 해외체계업체 제시 대상기종의 로터 블레이드 성능파악이 매우 중요하다. 본 연구는 해외체계업체 제시 대상기종 블레이드의 성능분석을 통하여 최신 해외 블레이드 대비 성능파악 및 국내고유형상 블레이드 개발 가능성을 타진하는 것을 목적으로 수행되었다. 본 연구의 결과는 일차적으로 향후 민수헬기개발사업의 해외협상 및 국내 고유형상 블레이드 개발 시 목표 성능지표 등으로 활용될 수 있다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권4호
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• pp.311-320
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• 2014

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로써 풍력발전시스템의 출력성능, 에너지변환효율, 하중 및 동적 안정성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 주요부품으로 분류된다. 따라서 최적의 블레이드 설계결과를 얻기 위해서는 시스템 특성이 고려된 공력-구조 통합설계가 중요하며, 국제표준 또는 인증기관의 가이드라인에 따른 설계평가를 통해 구조건전성의 검증이 요구된다. 본 연구에서는 블레이드 설계 인증 시 요구되는 평가항목 및 판정기준에 대한 상세해설과, (사)한국선급의 인증기준에 따른 2 MW 급 블레이드(KR40.1b)에 대한 설계평가 결과를 제시하였다. 유한요소 해석에 의한 극한 강도, 좌굴 안정성, 한계 허용 팁 변형과 누적 손상 법에 의한 피로 강도 해석결과가 검토되었으며, KR40.1b 블레이드는 모든 평가항목에 대한 구조 건전성을 만족하는 것으로 확인되었다.

• 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.