• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.884-890
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• 2007

10 kW급 수평축 풍력 터빈의 로터를 개발하기 위해 블레이드의 공력 설계 절차를 체계적으로 연구하고 실행하였다. 운동량 이론과 깃 요소법에 근거한 역 설계 방법을 확립하고, 이를 이용하여 주어진 공력 분포에 따른 근사 최적 형상을 설계하였다. 설계된 형상은 공군사관학교의 풍동에서 검증되었고, 본 설계를 통하여 실제로 제작된 로터로부터 실측 데이터를 취득하여 비교하였다. 본 연구를 통하여 저자들은 풍력 터빈 블레이드의 설계 방법에 대한 체계적 기술을 축적하고, 나아가 같은 방법을 중대형 시스템으로 확장하기 위한 기술적 노하우를 취득하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.547-556
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• 2014

본 논문에서는 15,000 마력급 원심식 압축기 임펠러 블레이드에 대한 단방향 유체-구조 연성해석 및 응답표면법을 이용한 형상최적설계를 제시하였다. 임펠러 블레이드의 형상은 공력 성능에 영향을 미칠 뿐만 아니라, 유체의 압력과 원심력에 의한 임펠러의 구조적 안전성에도 큰 영향을 미치므로 유체-구조 연성해석을 함께 고려한 형상최적설계가 필요한 분야이다. 본 논문에서 유체-구조 연성해석의 유체영역과 구조영역을 ANSYS CFX와 Mechanical을 사용하여 각각 해석하였다. 실험계획법을 기반으로 유체 및 구조해석 결과에 대한 응답표면을 생성하여 구조적 안전성 및 압축비를 제한조건으로 하고 임펠러의 효율을 최대화하는 임펠러 블레이드의 형상최적설계를 수행하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권8호
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• pp.797-806
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• 2008

본 연구에서는 선형 캐스케이드 실험장치의 유로를 캐스케이드 피치의 두배 넓이로 설정하고 두 개의 블레이드만을 설치하였다. 따라서 동일한 실험장치에서 다수개의 블레이드를 설치하는 경우에 비하여 큰 블레이드에서 실험이 가능하도록 하였다. 아울러 두 개의 블레이드 설치에 따른 주기조건의 어려움을 해소하기 위하여 실험장치 내의 작동유체의 배출이나 꼬리판의 조정을 하지 않아도 주기조건이 되도록 하는 실험장치의 벽면을 설계하였다. 이를 위하여 주기조건에서 얻어진 블레이드 표면에서의 마하수와 동일한 결과가 얻어지도록 목적함수를 설정하였으며, 설계변수로는 벽면의 형상변경과 관련이 있는 12개의 변수를 사용하였다. 벽면의 설계는 기울기 기반의 최적화법을 사용하였으며, 내부유동장의 계산은 상용코드인 CFX-11을 사용하였다. 두 결과의 비교에서 벽면의 조정만으로도 동일한 유동특성이 얻어질 수 있음을 확인하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권12호
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• pp.9-16
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• 2017

본 논문에서는 풍력 발전기 블레이드 공력 설계 프로세스를 정립하고, 최적화 설계 전략을 제시 하였으며, 공력 설계 진행시에 반드시 검토 필요한 제약 조건들에 대해서 정리 하였다. 이를 토대로 하여 연구 목적뿐 아니라, 블레이드 설계자가 실제 업무에 쉽게 적용 가능하고, 초기 개념설계 단계부터 최종 3차원 형상 상세 설계 단계까지 통합적으로 수행이 가능한 BEMT 기반의 공력 설계 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램 AeroDA는 개념 설계 모듈, 기본 설계 모듈, 최적 TSR 도출 모듈, 국부 형상 최적화 모듈, 성능 해석 모듈, 설계 검증 모듈 및 3차원 형상생성 모듈로 구성이 된다. 개발된 프로그램을 활용하여 NREL에서 공개 배포한 5MW 블레이드를 기반으로하여 하중저감을 위한 개선 설계를 진행하여 본 프로그램이 최적화 설계에 유용하게 사용 가능함을 확인 하였다. 또한 10kW 블레이드 공력 설계 및 터빈 상세 성능 해석을 진행하고, 이를 상용 전문 프로그램 DNV GL Bladed 결과와 비교하여 정확도를 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권2호
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• pp.111-118
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• 2022

전기-기계식 구동기(EMA)는 전기 모터와 기계적 동력전달 요소를 결합한 것으로 설계 자유도와 유지보수 측면에서 도심 항공 모빌리티(UAM)에 적합하다. 본 논문에서는 UAM의 로터 블레이드 피치각을 조종하는 EMA에 대한 연구 결과를 제시한다. 구동기는 역구동형 롤러 스크류를 기반하며, 2절 링크를 통하여 블레이드 피치각을 조종한다. 구동기만의 동역학과 이것을 포함한 블레이드 피치운동의 동역학 방정식을 유도하였다. 블레이드 피치 동역학 방정식의 경우 링크의 영향으로 등가 관성모멘트는 링크 각도에 따라 변한다. 넛트 운동의 관점과 블레이드 피치 운동의 관점에서 등가 관성모멘트의 변동을 분석·비교하는 과정을 제시하였다. 사례로 선정한 모델의 경우에 전자의 등가 관성모멘트 변동이 후자에 비하여 작았으며, 그래서 넛트 운동의 관점에서 유도한 모델이 제어기 설계에 적합하다고 판단한다.

• Composites Research
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• 제22권1호
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• pp.22-31
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구의 목표는 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발로서 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있도록 설계 되어야 한다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 또한 풍력 발전 시스템에 발생할 수 있는 유체충돌해석을 모사하였다. 해석결과들은 유압시험장비를 이용한 구조시험 빛 성능시험의 결과와 비교되었고, 비교적 잘 일치하여 설계결과의 안전성을 확인하였다.

• 항공우주기술
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• 제10권2호
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• pp.11-19
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• 2011

스마트무인기 로터 블레이드의 국산화 개발이 수행되었다. 국산화 개발은 원소재와 물성치가 가장 유사한 국내 생산 복합소재의 선정, 새로운 소재의 물성치 데이터 구축을 위한 쿠폰시험, 블레이드 단면 물성치의 재계산, 공진, 정적/피로 강도, 공탄성 안정성의 구조동역학 설계요구조건에 대한 검증 등을 포함하며, 그 결과에 대하여 기술하였다. 또한 본 논문에서는 스마트무인기 국산화 블레이드 개발과정에서 개선된 공정에 대하여 간략히 기술하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.240-244
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• 2017

가스터빈 엔진의 구성품 개발단계에서 블레이드의 Aeromechanics 시험은 블레이드 진동설계와 구조 안정성 검증 프로세스 사이에서 중요한 연결 고리를 제공한다. 이 전제에 근거하여 본 연구에서는 NSMS(Non-Intrusive Stress Measuring Systems)를 축류 압축기 구성품 시험리그에 적용하여 Tip Timing 센서가 장착된 단에서 모든 블레이드의 정적/동적 변위를 시험적으로 측정하였다. 진동 특성 분석을 통해 블레이드 고주기 손상을 유발할 수 있는 피로임계위치(Fatigue Critical Location)에서의 진동 응력을 평가하였으며, 공력가진에 의한 비동기 진동응답 및 개별 블레이드 Mistuning 패턴을 제시하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.611-617
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• 2010

터빈 블레이드와 같은 시스템의 피로수명은 형상 설계변수의 변화에 따라 비선형적으로 복잡하게 나타난다. 방대한 계산시간이 요구되는 이러한 시스템의 CAE 기반 파라메트릭 설계최적화 문제에 근사기법인 크리깅 메타모델 방법이 활용되고 있다. 본 연구에서는 터빈 블레이드의 피로수명을 향상시키기 위하여, 설계변수 변화에 따른 피로수명의 비선형성을 고려함은 물론 직교성과 균형성을 모두 만족하는 다 수준 전산 실험계획법을 수행하여 크리깅 메타모델을 구축하였다. 크리깅 메타모델로부터 만족도 함수를 적용하여 피로 수명을 최적화하였고, 몬테카를로 모의실험법을 적용한 식스시그마 최적설계를 수행하여 피로수명의 결함률을 향상시킨 최적해의 강건성을 확보하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권1호
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• pp.1-10
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• 2005

비정렬 격자계에서 continuous adjoint 방정식을 사용하여 제자리 비행을 하는 헬리콥터 로터 블레이드에 대한 공력 형상 최적설계 기법을 개발하였다. 효율적인 민감도 계산을 위해 회전좌표계에서 continuous adjoint 민감도 해석 기법을 유도하였다. 설계과정의 반복적인 수치계산의 효율을 높이기 위해서 영역 분할 기법에 기반을 둔 병렬처리 기법을 도입하였다. 끝단 와류의 정확한 포착을 위해서 끝단와류를 따른 격자적응을 수행하였다. 이러한 방법은 Caradonna와 Tung의 실험형상 및 UH60 헬리콥터 로터 블레이드의 공력 최적설계에 적용되었으며, 본 연구에서 사용된 최적설계 기법을 이용하면 일정한 추력을 유지하면서 요구동력을 현저하게 줄일 수 있음을 보였다.