풍력 블레이드용으로 설계된 에어포일에 대하여 풍동 시험을 수행하였다. 설계된 에어포일의 레이놀즈수 범위에 맞추고자 코드 길이 40cm의 모델에 대하여 유속 17m/s, 35m/s, 50m/s에 대하여 에어포일 표면에서의 압력과 에어포일 뒤쪽 레이크에서의 압력을 측정하였다. 이를 통하여 설계에 사용된 기법의 타당성과 설계된 에어포일에 대하여 설계 변수에 대한 실질적 만족도에 대하여 평가하였다. 이와 더불어 표면 거칠기에 대한 모사를 위하여 트립도트를 부착하여 시험을 수행하였다. 이를 통하여 레이놀즈수와 표면 거칠기에 따른 에어포일의 성능 및 유동 변화 특성에 대하여 파악 할 수 있었다.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.40
no.6
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pp.485-491
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2012
The wall interference effects around the wind-turbine airfoil are experimentally investigated at low Reynolds numbers in a closed test-section wind tunnel. The test is performed at free-stream velocities from 10 to 31 m/s, which correspond to Reynolds numbers ranging from $1.5{\times}10^5$ to $4.6{\times}10^5$ based on chord of the airfoil. The blockage-area ratios, which is the ratio of the chord to the test-section width, are 27.8%, 38.5%, 41.7%, 45.5%, and 55.6%. The test results for the airfoil show that the transition point on the airfoil surface tends to move backward due to wall interference. The wall pressures for an adequate interference correction by a measured-boundary-condition method are desirable more than three times region of the chord before and after around the reference center.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.11
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pp.933-940
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2016
A comparative study between a wind tunnel test and an XFOIL simulation looking at the aerodynamic performance of the airfoil for MW-class wind turbine was conducted for validation in the design stage. Tests are carried out for 21% and 30% thickness-ratio airfoils developed for 5 ~ 10 MW offshore wind turbine and the results are compared with the output from the XFOIL simulation at Reynolds number $1.0{\times}10^7$. The test is performed at a free-stream velocity of 50 m/s, corresponding to a Reynolds number of $2.2{\times}10^6$ based on the chord. Surface roughness is simulated using a zig-zag tape. Discrepancies between the results of the test and the XFOIL analysis are found, however, meaningful data for surface pressure distribution, basic performance and surface roughness effect are obtained from the tests, while useful lift-to-drag ratio data is found by the XFOIL simulation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.6
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pp.21-30
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2005
The aerodynamic analysis of helicopter rotor airfoils was performed to generate the basic data for selection and distribution of airfoils at the helicopter rotor blade preliminary design phase.10 airfoils were chosen among the existing rotor airfoils, and the tabulated aerodynamic coefficients which are proper for the aerodynamic analysis using blade element theory were generated. Considering analysis cost, the simple mathematical models were chosen before the wind tunnel test to generate the aerodynamic characteristic curves($C_{l},C_{m},C_{d}$) in full AoA range($-180^{o}\sim180^{o}$) including the reverse flow region. The essential data necessary to the generation of the complete curves were obtained by using the IBLM(Interactive Boundary Layer Method). The generated aerodynamic characteristic curves agree with experimental results qualitatively. Finally, the aerodynamic characteristics of all 10 airfoils were compared and classified according to their own lift or moment characteristics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.40
no.5
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pp.321-327
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2016
This paper presents the application of airfoil impeller for enhancement of aerodynamic performance of a high speed centrifugal fan. Three airfoil impellers are proposed, considering the maximum thickness and the location of maximum thickness of the airfoil. C4 airfoil thickness distribution is applied to the three airfoil impellers. The impellers are evaluated using CFD (computational fluid dynamics) and suction power test. From the results, it is confirmed that flow separations on the pressure side of the impeller blades and the pressure side of diffuser blades are reduced when airfoil blade is applied to the impellers. It is also confirmed that with the centrifugal fan having airfoil impellers, there is an increase in fan efficiency by approximately 3% and reduction in specific sound level by approximately 1.3 dB(A).
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.12
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pp.9-17
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2006
An experimental study was carried out to examine the behavior of the unsteady boundary layer. An NACA 0012 airfoil with aspect ratio of 2.7 was set vertically in a test section, which is sinusoidally pitched about the quarter chord. The oscillating amplitude is from -6$^{\circ}$ to +6$^{\circ}$ and the mean angle of attack is 0$^{\circ}$. Surface mounted probes (Glue-on probes) were employed to measure the surface flow of the boundary layer. Measurements were made at free-stream velocities of 1.98, 2.83, and 4.03m/s, and the corresponding Reynolds numbers based on the chord length were 2.3$\times$104, 3.3$\times$104 and 4.8$\times$104, respectively. The reduced frequency is fixed as 0.1 in all cases. The results show that the surface position of minimum shear stress and of boundary layer break-down can be discerned in the Reynolds number between 2.3$\times$104 and 3.3$\times$104.
In this study, a deep learning-based network that can predict the aerodynamic characteristics of airfoils was designed, and the feasibility of the proposed network was confirmed by applying aerodynamic data generated by Xfoil. The prediction of aerodynamic characteristics according to the variation of airfoil thickness was performed. Considering the angle of attack, the coordinate data of an airfoil is converted into image data using signed distance function. Additionally, the distribution of the pressure coefficient on airfoil is expressed as reduced data via proper orthogonal decomposition, and it was used as the output of the proposed network. The test data were constructed to evaluate the interpolation and extrapolation performance of the proposed network. As a result, the coefficients of determination of the lift coefficient and moment coefficient were confirmed, and it was found that the proposed network shows benign performance for the interpolation test data, when compared to that of the extrapolation test data.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.19
no.4
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pp.24-29
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2011
Conceptual study of an open-circuit type low-speed wind tunnel for performance test of wind turbine blade and airfoil is conducted. The tunnel is constituted of a settling chamber, a contraction, closed test section, a diffuser, two corners, a cross leg and a fan and motor. For the performance test, the closed test section width of 1.8 m, height of 1.8 m and length of 5.25 m is selected. The contraction ratio is 9 to 1 and maximum speed in the test section is 67 m/sec. Input power in the tunnel is about 238 kW and its energy ratio is 3.6. The wind tunnel designed in present study will be an effective tool in research and development of wind turbine and airfoil.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2000.11a
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pp.39-39
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2000
축류 압축기 블레이드(blade)와 베인(vane)이 정하중(static load)에서 충분한 강도를 지니고 있더라도 반복하중이나 교번하중을 받게되면, 그 하중이 작더라도 파괴가 일어날 수 있다. 축류 압축기 블레이드와 베인의 피로파괴(fatigue failure) 현상은 개발 중인 가스터빈엔진 뿐만 아니라 현재 운용중인 엔진에서도 발생할 수 있는 엔진손상의 주요 원인이다. 블레이드나 베인의 동적 안정성 평가는 에어포일(airfoil)의 피로특성과 엔진운용조건에 따라서 발생하는 복잡한 공력가진과의 연관성을 고려하여 수행되어야 하기 때문에, 해석과 구성품 시험을 통하여 우선적으로 강도 평가를 실시하여야 한다.(중략)
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[게시일 2004년 10월 1일]
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