• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.423-438
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• 2021

모터 그레이더의 블레이드는 도로공사시 골재를 산포하고 평탄화하는 역할을 수행한다. 본 연구는 그레이더의 작업효율을 향상시키기 위하여 블레이드 부품의 설계개선 연구를 진행하였다. 블레이드와 골재 입자의 접촉, 절삭, 산포 과정을 모사하기 위하여 동해석 코드에 개별요소법을 도입하여 전산해석 모델을 수립하였다. 블레이드 설계인자를 4가지 선별한 후 작업 시나리오를 수립하였다. 실험계획의 직교배열을 통해 각 인자의 수준조합별 9개 모델에 대해 평탄화 작업에 대한 동해석을 수행하고, 각 설계인자의 영향도를 분석하였다. 이후 유의한 인자를 분산분석을 통해 선별하여 최적화기법으로 점진적 반응표면법을 적용하였다. 최종적으로 블레이드의 작업 효율성을 향상시킬 수 있도록 설계인자의 최적값을 제안하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권10호
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• pp.845-855
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• 2018

최대 이륙중량 55 kg에 최대 순항속도가 180 km/h이고 수직이착륙이 가능한 쿼드 틸트 프롭로터 무인기에 적용할 프롭-블레이드 단면 설계를 수행하였다. 먼저 프롭-블레이드 단면 설계수행을 위한 설계 프로세스를 수립하고 단면 설계에 필요한 요구도를 식별하였으며 식별된 요구도 만족을 위한 단면 설계를 수행하였다. 단면 설계 결과를 분석하기 위하여 유한요소 단면해석 프로그램을 활용하여 인장/굽힘/뒤틀림 강성 및 단위길이 당 중량, 탄성 축 등을 포함한 주요설계 인자들을 도출하였으며, 이 과정에서 프롭-블레이드의 설계 중량을 예측하였다. 그리고 도출된 설계 인자들을 로터시스템 통합 해석 프로그램에 적용하여 프롭-블레이드 운영 환경에서의 동적 안정성을 분석하였으며, 로터시스템 통합 해석 프로그램을 통해 분석된 프롭-블레이드 하중을 활용하여 2차원 단면 구조 해석을 수행하여 프롭-블레이드 구조 안전성을 확인하였다. 이러한 단면 설계/해석 과정에서 설계 요구도를 만족시키지 못하거나 다른 구성품에 부정적 영향을 준 설계 결과에 대해서는 설계 변경을 수행하였으며, 이를 통해 요구도를 만족시켰다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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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.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.369-374
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• 2016

본 연구에서는 굽힘-비틀림 커플링(bend-twist coupled, BTC) 설계개념을 적용한 10 MW급 복합재 풍력 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다. BTC 설계개념은 동적 하중 상황에서 블레이드의 굽힘과 비틀림 거동 사이의 연동을 유도하여, 단면 받음각 변화에 의한 수동적인 적응 하중저감이 가능하다. 인자연구를 통해 최적의 BTC 설계인자를 추출하여 블레이드 구조설계에 적용하였다. BTC 개념이 동적 하중 감소에 미치는 영향을 가늠하기 위해 블레이드 루트 부에서의 피로등가하중을 계산한 결과, BTC 개념이 적용된 블레이드를 적용한 경우 피로등가하중이 2-3% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. BTC 효과를 시험적으로 검증하기 위해 1:29 비율의 블레이드 stiffener 축소모델을 제작하였으며, 정하중 시험을 통해 처짐 거동 시 끝단에서의 비틀림을 측정하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권11호
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• pp.1331-1337
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• 2013

본 논문에서는 반응표면법을 이용하여 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적설계를 수행하였다. 선행연구의 구조해석 결과를 살펴보면 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드가 항복강도 이상의 응력이 발생하였으므로, 구조적 안전성을 확보하고자 최적화 기법을 적용한 구조설계를 재수행하였다. 이를 위해 먼저 블레이드에 발생하는 응력에 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하였다. 이에 실험계획법 기반 반응표면법을 적용하였다. 목적함수 및 제한조건은 각각 중량 및 허용응력으로 설정하였다. 또한 중량 및 응력에 대한 설계인자의 영향을 평가하기 위한 민감도 해석을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권6호
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• pp.42-49
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• 2017

풍력 발전기 블레이드 공력 설계 프로세스를 정리하고 자체 개발한 프로그램을 이용하여 10kw 블레이드 공력 형상 설계를 진행하였다. 개념설계, 기본 형상 설계, 최적화 설계, 설계 검증 및 성능 해석순으로 진행하였으며, 각 설계 단계에서 중요한 설계 인자에 대해서 정리하였다. 또한 블레이드를 구성하는 단면 익형의 배치에 대한 가이드를 제시하였으며, 공력 설계를 검증하는 방법으로 stall margin 확인의 중요성에 대해서 정리하였다. 자체 개발한 설계 프로그램의 결과를 BEMT 기반의 전문 프로그램 DNVGL Bladed의 성능 해석 결과와 비교하여 제시하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.693-702
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• 2015

본 논문은 NACA 익형의 블레이드를 가지는 다리우스 수직축 풍력발전기(VAWT)의 성능특성에 대한 연구이다. 다양한 설계변수를 이용한 다리우스 VAWT 의 최적 형상을 예측하기 위해서 블레이드 근처에서 나타나는 공력특성 및 박리유동, 유동과 블레이드 간의 상호작용, 이로 인해 유도되는 토크 및 출력특성 등을 분석하였다. 블레이드의 최적 형상 설계 및 주변 유동과의 상호작용 특성을 보기 위하여 다양한 인자들 (즉, 코드길이, 로터직경, 피치각, 블레이드의 두께비 및 비틀림각 등)을 고려하였다. 본 연구에서 연구결과로는 TSR 가 낮은 영역에서는 솔리디티가 큰 로터가 높은 출력계수를 가지는 반면, TSR 이 높은 영역에서는 솔리디티가 작은 로터가 높은 출력계수를 가진다. 블레이드의 익형이 안쪽으로 향하는 피치각은 $-2^{\circ}$와 비틀림각이 $0^{\circ}$ 일 때, 다리우스형 VAWT 가 최대 출력을 발생하였다.

• 한국신뢰성학회:학술대회논문집
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• 한국신뢰성학회 2002년도 정기학술대회
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• pp.199-204
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• 2002

본 연구에서는 저압 증기 터빈블레이드의 안전성 확보를 위하여 작용응력 및 강도의 변동성을 고려한 확률론적 해석을 수행하였다. 정상상태에서 작용응력은 이론 및 유한요소해석에 의해서 얻을 수 있으며, 최대 von-Mises 응력은 215.4MPa이다. 회전굽힘 하중하에서의 피로한도는 응력비 R= -1에서 계단식 시험법을 이용하여 구하였으며, 이의 확률론적 특성에 가장 적합한 분포는 3 모수 와이블 분포이다. 그리고 신뢰성에 미치는 다양한 인자들의 영향은 영향계수(sensitivity factor)를 이용하여 정량적으로 평가하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권5호
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• pp.513-520
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• 2014

무인비행체는 소형화, 경량화가 중요하기 때문에 동력장치에 한계가 있다. 공력성능을 향상을 위해 항공기의 크기나 무게에 영향을 주지 않는 블레이드의 형상의 변화를 주는 것이 가장 효율적이다. 본 연구에서는 제자리 비행을 하는 멀티로터 무인비행체에 있어 단일 로터 블레이드의 테이퍼 비율, 비틀림 각도 등에 따른 추력성능의 변화를 전산유동해석 시뮬레이션을 통해 수행하였다. 전산유동해석 코드인 ADINA-CFD 를 통해 얻은 수치 결과를 깃 요소 이론(blade element theory, BET)과 비교하였으며, 블레이드의 형상 변화가 추력성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1279-1289
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• 2013

터보분자펌프는 회전하는 로터 블레이드의 고속회전을 통해 진공을 생성하는 고진공, 고청정 펌프로 로터의 고속회전에 따른 구조적 안전성이 우선 평가되어야 한다. 본 논문에서는 터보분자펌프의 배기성능 및 구조적 안전성에 영향을 미치는 인자 중에서 블레이드 각도, 길이, 블레이드가 시작되는 부분의 라운드 크기, 회전속도를 선정하여 그들의 변화에 대한 변위 및 응력 응답을 관찰하는 민감도 평가 및 최적설계를 수행하였다. 일반적인 유한요소해석기법인 H-기법이 아닌 형상요소해석기법인 P-기법을 사용함으로써 복잡한 형상의 유한요소생성 모델링 시간을 단축시켜 해석의 효율성을 높일 수 있었다.