• 대한기계학회논문집A
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• 제38권2호
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• pp.193-203
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• 2014

터빈의 운전온도와 세라믹 입자크기를 고려한 경사기능재료(FGM)로 만들어진 회전하는 가스터빈 블레이드의 열전달해석 및 응력해석을 수행하였다. 경사기능성 블레이드는 벽 두께에 따라서 연속적인 재료물성 변화를 나타낸다. 이러한 경사기능재료의 특성과 온도에 따른 열전 재료물성 변화를 고려하여 블레이드의 시스템 강성을 얻기 위해 블레이드의 열전달해석을 먼저 수행하였다. 이 열전달해석으로 얻은 시스템 강성으로부터 복합 변형 변수를 사용한 회전하는 가스터빈 블레이드의 운동방정식을 유도하였다. 유도된 운동방정식은 상용 유한요소 모델과 해석결과 비교를 통해 그 정확성을 입증하였으며 회전주파수와 구배 지수에 따른 최대 응력의 변화를 조사하였다. 또한, 열전달해석을 통해 가장 낮은 블레이드 온도를 나타내는 구배 지수를 조사하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.661-668
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• 2015

본 연구에서는 풍력발전분야의 블레이드 공력설계 및 성능해석에 적용되고 있는 날개요소운동량이론을 이용한 조류터빈 블레이드 형상설계 방법론을 제시하였으며, S814 단일 에어포일로 구성된 2 블레이드 형식의 1MW급 수평축 블레이드 형상설계 결과를 제시하였다. 조류터빈 블레이드는 해양환경에서 운전되는 특성 상 블레이드 팁 근방에서 캐비테이션 발생으로 인한 문제가 상존하므로, 설계초기단계에서 신중히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 설계된 1MW 조류터빈 블레이드의 유동특성분석 및 출력성능해석을 위해 캐비테이션 모델이 고려된 CFD 해석을 수행하였으며, 블레이드 팁 근방 흡입 면 및 압력 면에서 캐비테이션이 발생하고 있음을 확인하였다. 최대 출력계수는 설계 주속비 7의 조건에서 47%로 나타났다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권3호
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• pp.167-173
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• 2014

본 연구에서는, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 바탕으로, 최대 출력계수를 갖는 직경 80 cm의 실험실용 수평축 조류 터빈의 형상을 제시하고, 블레이드 피치각이 변할 때 출력계수의 변화 경향을 조사하였다. 또한 ANSYS-Fluent를 이용한 전산유체해석을 실시하여, 주어진 블레이드 피치각에 대하여 블레이드 요소-모멘텀 이론으로 계산한 출력계수를 검증하였다. 전산유체해석에는 계산 영역의 직경과 길이를 조류 터빈 반경의 15배로 하였고, 계산 영역의 경계에는 열린 경계조건을 인가하였다. 블레이드 요소-모멘텀 이론과 전산유체해석으로 계산한 조류 터빈의 최대 출력계수 약 48%로 서로 잘 일치하였다. 블레이드 피치각을 증가한 경우에는 두 방법으로 산출한 출력계수가 모두 감소하는 경향을 보였고, 그 값들도 서로 유사하였다. 이로부터, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 기반으로 설계한 조류 터빈 형상 및 다양한 조건에서 대한 출력계수의 신뢰성을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.564-573
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• 2012

새롭게 제안된 공력 설계 절차와 In-house 프로그램을 이용하여 1 MW급 수평축풍력 터빈 블레이드의 형상을 결정하였고, 기존에 개발된 블레이드의 실험 결과와 본 연구에서 제안한 블레이드와의 비교를 통하여 공력 설계에 대한 타당성을 제시하였다. 블레이드의 구조 설계는 Netting Rule과 Rule of Mixture를 적용하여 설계를 진행하였다. 설계된 블레이드의 구조적 안전성은 상업적 유한요소프로그램인 MSC.NASTRAN을 사용하여 다양한 하중에 따라 선형 정적해석, 변형해석, 좌굴해석, 진동모드해석 등을 수행하였다. 최종적으로 Spera가 제시한 실험식을 적용하여 요구된 피로수명에 대해 타당성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제17권6호
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• pp.94-99
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• 2023

최근 신재생에너지는 주로 사용되는 화석연료의 부족과 환경문제로 풍력에너지와 태양에너지 자원으로 널리 사용되고 있다. 이런 상황에서 풍력에너지는 중요한 에너지원으로 떠오르고 있으며, 풍력 발전 시장은 전 세계적으로 급격한 성장을 보여주고 있다. 본 연구에서는 분리형 블레이드의 선행연구를 위해 일체형 블레이드 공력 설계로 고효율 풍력 터빈 블레이드를 설계를 수행하였다. 블레이드 에어포일은 NACA 4418로 적용하였고, 설계된 블레이드를 평가하기 위해 해석 결과와 비교하여 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제31권8호
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• pp.77-84
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• 2003

액체로켓용 터보펌프 터빈 블레이드-디스크의 구조 및 진동 해석이 설계점에서의 구조 강도 및 동특성을 고찰하기 위하여 수행되었다. 터보펌프의 높은 회전 속도로 인하여 구조 해석시 원심력 영향이 주의깊게 고려되었다. 극심한 온도 분포에 따른 열하중 또한 터빈 블레이드-디스크에 작용하는 외부하중으로 고려되었다. MSC/NASTRAN DMAP Alter를 이용한 3차원 유한요소법이 주기 대칭 구조 해석에 적용되었다. 회전 속도에 따른 구조 동특성의 고찰을 위하여 블레이드간 위상차가 고려되었다. 수치해석을 통하여 원심력과 열하중이 터빈 블레이드-디스크에 미치는 영향을 고찰하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2017년도 제48회 춘계학술대회논문집
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• pp.1038-1044
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• 2017

액체 로켓 엔진의 터보펌프를 구동하는 고압 초음속 충동형 터빈의 로터 블레이드에 3차원 설계 요소를 적용하여 성능을 개선하기 위한 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 기존 설계된 터보펌프용 터빈의 로터 블레이드 형상을 바탕으로 로터 블레이드에 스윕(sweep)과 상반각(dihedral) 등과 같은 중첩선(stacking line) 변화를 통한 3차원 형상을 적용하고 CFD를 이용한 3차원 유동 해석을 수행한 후, 각각의 설계 요소에 대한 터빈성능 특성 변화를 면밀히 검토하고 그 결과를 정리하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제28권7호
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• pp.1222-1230
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• 2022

로터 블레이드는 조류발전 터빈의 매우 중요한 구성 요소로서, 해수의 높은 밀도로 인해 큰 추력(Trust force)와 하중(Load)의 영향을 받는다. 따라서 블레이드의 형상 및 구조 설계를 통한 성능과 복합소재를 적용한 블레이드의 구조적 안전성을 반드시 확보해야 한다. 본 연구에서는 블레이드 설계 기법인 BEM(Blade Element Momentum) 이론을 이용해 1MW급 대형 터빈 블레이드를 설계하였으며, 터빈 블레이드의 재료는 강화섬유 중의 하나인 GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastics)를 기본으로 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)를 샌드위치 구조에 적용해 블레이드 단면을 적층(Lay-up)하였다. 또한 유동의 변화에 따른 구조적 안전성을 평가하기 위해 유체-구조 연성해석(Fluid-Structure Interactive Analysis, FSI) 기법을 이용한 선형적 탄성범위 안의 정적 하중해석을 수행하였으며, 블레이드의 팁 변형량, 변형률, 파손지수를 분석해 구조적 안전성을 평가하였다. 결과적으로, CFRP가 적용된 Model-B의 경우 팁 변형량과 블레이드의 중량을 감소시켰으며, 파손지수 IRF(Inverse Reserce Factor)가 Model-A의 3.0^*V_r를 제외한 모든 하중 영역에서 1.0 이하를 지시해 안전성을 확보할 수 있었다. 향후 블레이드의 재료변경과 적층 패턴의 재설계뿐 아니라 다양한 파손이론을 적용해 구조건전성을 평가할 예정이다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.32-36
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• 2023

최근 탄소 중립 등 지속 가능한 발전을 위한 지구환경 문제가 대두되면서 기존 풍력터빈의 소재인 유리섬유 복합재의 폐기 시 처리 방안이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 유리섬유 복합재를 대체할 수 있는 친환경 복합재인 아마섬유 기반 복합재를 활용하여 30kW 풍력터빈 블레이드를 제조하고 적합성을 평가하였다. 먼저 친환경 천연 아마섬유 복합재의 풍력터빈 블레이드 소재로 활용 가능성을 검증하기 위해 기계적 강도 시험을 수행하였으며, 그 결과 선행 아마섬유 복합재 물성 연구 대비 좀 더 우수한 강도가 측정된 것을 확인하였다. 또한 제작된 30kW 급 아마섬유 복합재 블레이드를 활용하여 아마섬유 복합재 블레이드의 정적강도를 측정하는 정적강도 성능평가 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제16권3호
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• pp.485-492
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• 2021

50kW 또는 그 이하의 정격용량을 갖는 풍력터빈은 일반적으로 소형풍력으로 간주한다. 소형풍력터빈은 독립형 전력시스템과 가전제품, 독립적인 적용 및 에너지저장장치, 태양광, 소수력, 디젤엔진과 같은 다른 에너지 기술을 조합하여 동시에 사용할 수 있는 매력적인 대체품이다. 연구목적은 터빈블레이드 제작법과 구조가 가능한 상업용 개발과정과 유사성을 갖도록 50kW급 풍력터빈 블레이드를 개발하기 위한 것이다. 목함에 기반하여 제작된 몰드기법은 탄소섬유와 열경화성 수지인 유리섬유를 사용한 경량설계, 다중부목, 오목성을 유지하기 위하여 채택한다. 수 작업형 시제품 제조법은 공기역학적인 평판형의 반복적인 설계를 통해서 단주기를 갖는 고밀도 형상 몰드를 사용하여 개발한 것이다. 5개의 블레이드 생산공정을 통하여 제작하고, 블레이드의 주요 구성요소는 IEC-61400-23 규정에 따라 설계의 적절성을 검증하기 위하여 시험하며. 또한, 개발된 블레이드를 갖는 풍력시스템은 성능특성을 검증하기 위하여 IEC 61400-12 규정에 따라 시험한다. 블레이드와 터빈시스템의 시험결과는 상업운전에서 요구되는 유효한 설계조건을 확인하였다.