• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.48 no.6
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• pp.411-418
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• 2020

In this paper, approximation and optimization methods are proposed for the structural performance of the composite fan blade. Using these methods, we perform the optimal design of the stacking sequence to maximize stiffnesses without changing the mass and the geometric shape of the composite fan blade. In this study, the lamination parameters are introduced to reduce the design variables and space. From the characteristics of lamination parameters, we generate response surface model having a high fitness value. Considering the requirements of the optimal stacking sequence, the multi-objective optimization problem is formulated. We apply the two-step optimization method that combines gradient-based method and genetic algorithm for efficient search of an optimal solution. Finally, the finite element analysis results of the initial and the optimized model are compared to validate the approximation and optimization methods based on the lamination parameters.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.38 no.11
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• pp.1049-1059
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• 2010

This paper treats the aerodynamic optimization of the blade planform for helicopters. The blade shapes, which should be determined during the threedimensional aerodynamic configuration design step, are defined and are parameterized using the B$\acute{e}$zier curves. This research focuses on the design approaches generally adopted by industries and or research institutes using their own experiences and know-hows for the parameterization and for the definition of design constraints. The hover figure of merit and the equivalent lift-to-drag ratio for the forward flight are used to define the objective function. The resultant nonlinear programming (NLP) problem is solved using the sequential quadratic programming (SQP) method. The applications show the present method can design the important planform shapes such as the airfoil distribution, twist and chord variations in the efficient manner.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.37 no.11
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• pp.1331-1337
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• 2013

This study deals with the structural optimization of hybrid vertical-axis wind turbine blades using a response surface method (RSM). The structural analysis results suggest that the stress of hybrid vertical-axis wind turbine blades exceeds the yield strength. Optimization techniques are then applied to structural design to ensure a safe structure. First, the design factors that strongly influence the structural response are identified. The RSM was applied based on the design of experiments. The objective function and constraint terms set the weight and allowable stress, respectively. Furthermore, sensitivity analysis was conducted to indicate the effects of the design factors on the stress and weight. Finally, structural design was performed for the hybrid vertical-axis wind turbine blade.

• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2012.05b
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• pp.685-689
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• 2012

본 연구는 PC용 냉각팬의 효율적인 설계를 위하여 냉각팬의 형상 변경 및 블레이드의 수 변화를 통해서 PC 부품 발열체의 온도변화를 수치해석적으로 수행하였다. 기존의 냉각팬 형상을 기준으로 블레이드의 수를 변화시키고 실제 형상을 변경한 냉각팬을 동일한 설계 입력조건를 적용하여 비교 분석하여 냉각성능을 파악하였다. 두 Case를 비교한 결과 기존 형상은 블레이드의 수가 증가 할수록 냉각효과가 커졌고, 형상을 변경한 냉각팬의 경우 Blade 6에서 가장 큰 냉각 효과를 보였다. 그리고 Blade 6과 8을 비교해 봤을 때 두 블레이드 사이에서 온도차이는 미소한차이로 냉각효과를 비교하기 어려웠다. 두 Case에서 제작과정과 비용을 비교해 보았을 때 Case 2의 Blade 6 경우가 더 우수한 것으로 보아 형상을 변경한 블레이드에서 최적설계를 얻을 수가 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.427-430
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• 2009

풍력 터빈 블레이드용 익형의 경우 운용 조건에서 높은 양항비를 가지도록 설계되나 풍속, 풍향의 변동에 의해 운용조건에 변화가 발생할 경우 성능의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 운용조건의 변동이 발생하더라도 공력 성능이 크게 변하지 않는 익형이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운용조건의 불확실성을 고려하여 풍력 터빈 블레이드용 익형의 신뢰성 기반 강건 최적 설계를 수행하였다. 익형 설계를 위해서 여러 익형 형상 변수들을 고려할 수 있는 익형 모델링 함수를 정의하였고 기저형상으로는 NREL에서 개발한 S809 익형을 사용하였다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.33 no.1
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• pp.1-10
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• 2005

An aerodynamic shape optimization technique has been developed for helicopter rotor blades in hover based on a continuous adjoint method on unstructured meshes. The Euler flow solver and the continuous adjoint sensitivity analysis were formulated on the rotating frame of reference for hovering rotor blades. In order to handle the repeated evaluation of the design cycle efficiently, the flow and adjoint solvers were parallelized using a domain decomposition strategy. A solution-adaptive mesh refinement technique was adopted for the accurate capturing of the tip vortex. Applications were made for the aerodynamic shape optimization of Caradonna-Tung rotor blades and UH60 rotor blades in hover. The results showed that the present method is an effective tool to determine optimum aerodynamic shapes of rotor blades requiring less torque while maintaining the desired thrust level.

• Journal of the KSME
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• v.34 no.5
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• pp.342-350
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• 1994

본 연구를 통하여 기존에 사용되고 있던 알루미늄 압출재 블레이드를 복합재료로 대치하여 개 발함으로써 이의 타당성을 검토하여 보았다. 풍력발전기의 개발 추세는 점차 메가와트 (megawatt)급 시스템으로 진행되어 터빈 블레이드가 대형화됨에 따른 터빈브레이드의 경량화 및 내구력의 향상이 절실히 요구된다. 이는 복합소재의 사용으로 경량화를 통한 시스템 각요소의 제작비용절감 및 내구력 향상을 통한 시스템의 수명증대의 효과를 확보할 수 있을 것이다. 그 러나 복합재료를 사용한 터빈 블레이드는 기존의 알루미늄을 이용한 재료보다는 가격경쟁에서 다소 떨어지며 제작공정상의 어려움과 정밀한 설계기술의 미개발 등 아직도 많은 난점을 안고 있는 실정이다. 그러나 현재 풍력에너지 이용 선직국의 개발추이로 보아 대용량시스템의 터빈 블레이드는 복합소재의 사용이 필수적이며 보다 효율적인 양산시스템의 구축과 최적설계에 대한 연구가 지속적으로 실시되면 기존의 블레이드와는 충분한 경쟁성을 확보할 것으로 전망된다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.34 no.5
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• pp.611-617
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• 2010

A complex system involves a large number of design variables, and its operation is non-linear. To explore the characteristics in its design space, a Kriging meta-model can be utilized; this model has replaced expensive computational analysis that was performed in traditional parametric design optimization. In this study, a Kriging meta-model with a computational orthogonal array for the design of experiments was developed to optimize the fatigue life of a turbine blade whose behavior under cyclic rotational loads is significantly non-linear. The results not only show that the maximum fatigue life is improved but also indicate that the accuracy of computational analysis is achieved. In addition, the robustness of the results obtained by six-sigma optimization can be verified by comparison with the results obtained by performing Monte Carlo simulations.

• Journal of Aerospace System Engineering
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• v.13 no.1
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• pp.29-37
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• 2019

The objective of this study was to investigate the influence of the blade shape on the impeller performance, for design optimizing of the high airflow impeller. First, the quantity, angle, and length of blades, which are considered to have a large influence on the impeller performance, were selected as design variables. Then, 27 cases of impeller shapes were selected according to the design of experiment (DOE). To predict the conduct of the blower based on the selected impeller shape, flow analysis was performed using the immersed solid method of ANSYS CFX. In the CFD results, the highest airflow was expected in the impeller having a combination of 50 EA, $6^{\circ}$ and 5 mm. Finally, a blower with the original impeller shape and the optimized impeller shape was fabricated using a 3D printer, and the analysis tendency and experimental tendency were verified through experiments.

• Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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• 2005.04a
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• pp.163-166
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• 2005

사이클로콥터는 회전축에 평행하게 회전하는 블레이드로 구성된 사이클로이드 블레이드 시스템으로부터 추력을 얻는 수직이착륙 무인기이다. 본 논문에서는 공기역할을 고려한 최적 설계를 통해 결정된 로터 형상을 갖는 사이클로콥터에 대해서 구조 해석을 수행하였다. 복합재료 블레이드의 적층각, 적층수 등을 MSC/NASTRAN 과 반응면 기법 등에 의해서 결정하였다. 블레이드를 포함한 로터 정적 해석을 통해 각 요소가 허용 응력 이내의 값을 가짐을 확인하였고, 동적 해석을 통해 주요 저차 모드가 로터 회전과 불일치하게 함으로써 공진의 가능성을 없앴다.