• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.60.1-60.1
• /
• 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
• /
• 2007.11a
• /
• pp.361-365
• /
• 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.

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

• Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
• /
• 2011.04a
• /
• pp.492-497
• /
• 2011

Helicopter uses a rotor system to generate lift, thrust and forces, and its aerodynamic environment is generally complex. Unsteady aerodynamic environment arises such as blade vortex interaction. This unsteady aerodynamic environment induces vibratory aerodynamic loads and high aeroacoustic noise. Those are at N times the rotor blade revolutions (N/rev). But conventional rotor control system composed of pitch links and swash plate is not capable of adjusting such vibratory loads because its control is restricted to 1/rev. Many active control methodologies have been examined to alleviate the problem. The blade using active control device manipulates the blade pitch angle at arbitrary frequencies. In this paper, Active Trailing-edge Flap blade, which is one of the active control methods, is designed to modify the unsteady aerodynamic loads. Active Trailing-edge Flap blade uses a trailing edge flap manipulated by an actuator to change camber of the airfoil. Piezoelectric actuators are installed inside the blade to manipulate the trailing edge flap.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.05a
• /
• pp.61.1-61.1
• /
• 2011

풍력 터빈은 복잡한 바람 조건에 노출되어 운용 되는 시스템으로서 경제성과 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 조건하에서 시스템에 작용하는 정확한 공력 하중 예측이 필요하다. 여러 조건 중에서도 요에러는 풍향이 수시로 바뀌기 때문에 피할 수 없는 비정상 유동 중에 하나이다. 본 연구에서는 이러한 요에러 발생시 공력 하중예측을 적절히 예측하기 위해서 와류 격자 기법을 기반으로 하는 비선형 와류 보정기법을 적용하였다. 비선형 와류 보정기법은 실속 이후의 공력 예측을 위해 기지의 공력 테이블을 이용하는 방법으로서 실속 이후의 공력 테이블 값의 양력과 와류 격자 기법에서의 양력 값이 일치하도록 순환(circulation)을 분포시키는 기법이다. 또한 요에러시에 발생할 수 있는 동적 실속을 계산하기 위해 Beddoes-Leishmen 동적 실속 모델을 비선형 와류 보정 기법에 적용하는 연구를 수행하였다. 요에러시 공력 하중 예측에 관한 수치해석 기법 연구의 적절성을 알아보기 위해 NREL-Phase VI Rotor 실험 결과와 비교 하였다. 그 결과 기존의 여타의 기법들과 비교하여 본 연구에서 제안한 기법의 적절성을 확인 할 수 있었다. 앞으로 본 연구를 바탕으로 다양한 비정상 공력 조건에 대한 풍력 블레이드의 공력 하중 해석에 대해 수행할 계획이다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
• /
• v.44 no.5
• /
• pp.391-398
• /
• 2016

This study focused on the aerodynamic loads of the horizontal axis wind turbine blade due to the normal turbulence inflow condition. Normal turbulence model (NTM) includes the variations of wind speed and direction, and it is characterized by turbulence intensity and standard deviation of flow fluctuation. IEC61400-1 recommends the fatigue analysis for the NTM and the normal wind profile (NWP) conditions. The aerodynamic loads are obtained at the blade hub and the low speed drive shaft for MW class horizontal axis wind turbine which is designed by using aerodynamically optimized procedure. The 6-components of aerodynamic loads are investigated between numerical results and load components analysis. From the calculated results the maximum amplitudes of oscillated thrust and torque for LSS with turbulent inflow condition are about 5~8 times larger than those with no turbulent inflow condition. It turns out that the aerodynamic load analysis with normal turbulence model is essential for structural design of the wind turbine blade.

• 유체기계공업학회:학술대회논문집
• /
• 2006.08a
• /
• pp.411-414
• /
• 2006

풍력 발전기의 블레이드는 다른 회전기와는 달리 항상 지면의 경계층, 요-에러에 의한 어긋난 유입류, 타워와의 간섭효과의 환경에서 운영된다. 따라서 정상운전상태에서도 이와 같은 환경에서 겪게 되는 공력하중의 해석이 블레이드의 설계에서 중요하게 요구된다. 본 연구에서는 이의 비정상 공력하중해석을 위하여 자유후류기법을 이용한 방법을 연구하였다. 특히, 타워와의 간섭해석을 위하여 FVE라 명명한 후류 모델을 개발하여 적용하였다.

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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 2011.11a
• /
• pp.34.1-34.1
• /
• 2011

풍력발전기 블레이드 설계에 적용하기 위한 에어포일의 선택 혹은 설계에 있어서 가장 중요한 요소 가운데 하나는 표면 거칠기 변화에 따른 에어포일 성능의 민감도이다. 블레이드 표면은 대기 중의 먼지, 곤충 시체 등에 따라 계속적으로 오염되며 이는 에어포일의 설계 당시의 성능을 계속적으로 저감시킨다. 이러한 표면 거칠기의 증가는 에어포일의 종류에 따라 성능을 50% 이상 저감시키며 이는 블레이드의 설계 성능을 저감시키므로 블레이드 설계를 위한 에어포일 선정 단계에서 표면거칠기 민감도가 가능한 낮은 에어포일을 선정하여 블레이드의 공력 설계를 수행하게 된다. 본 연구에서는 표면 거칠기 변화로 인한 에어포일의 성능 저감이 실제 블레이드의 성능에 어떠한 영향을 주는지를 살펴 보았다. 에어포일은 표면이 깨끗한 상태와 ZZ 테입을 부착하여 표면이 심각하게 오염된 상황을 모사하여 두 경우 모두를 풍동 시험한 DU 에어포일 시리즈를 선정하였다. 3MW 급의 블레이드에 대하여 두께비 40%~18%의 에어포일을 적용하여 설계를 수행하였으며 두께비 30%~18%에어포일에 대하여 표면이 깨끗한 경우와 오염된 경우의 데이터를 적용하여 블레이드 성능 변화 및 다른 성능 변수들의 변화를 살펴보았다. 블레이드 성능에 대하여는 BEMT를 적용하여 설계 및 시뮬레이션을 수행하였다. 연구 결과 에어포일의 성능 저하는 블레이드 공력 효율에 있어서 8%의 저감을 나타내며 7%의 극한하중 저감을 보이는 것으로 나타났다.

• Aerospace Engineering and Technology
• /
• v.8 no.1
• /
• pp.32-41
• /
• 2009

In this study, scale-down design of full-scale Korean Utility Helicopter (KUH) main rotor blade has been investigated. The scaled model system were designed for the measurement of aerodynamic performance, tip vortex and noise source. For the purpose of considering the same aerodynamic loads, the Mach-scale method has been applied. The Mach-scaled model has the same tip Mach number, and it also has the same normalized frequencies. That is, the Mach-scaled model is analogous to full-scale model in the view point of aerodynamics and structural dynamics. Aerodynamic scale-down process could be completed just by adjusting scaling dimensions and increasing rotating speed. In the field of structural dynamics, design process could be finished by confirming the rotating frequencies of the designed blade with the stiffness and inertial properties distributions produced by sectional design. In this study, small-scaled blade sectional design were performed by applying domestic composite prepregs and structural dynamic characteristics of designed model has been investigated.