• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.47-50
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• 2005

본 연구의 목적은 차세대 대체에너지로 각광받는 풍력발전 중에서 육상발전보다 여러 가지 이점이 있는 해상에서의 한국형 풍력터빈 블레이드의 최적 형상을 위 한 알고리즘을 구현하는 것이다. 풍력터빈 블레이드에서 깃익형의 공기 역학적 특성은 매우 중요한 사항이다. 이를 위해서 익형 성능예측에 층류에서 난류로의 천이과정을 포함하는 XFOIL을 이용하여 블레이드 익형 단면의 양력과 항력 분포를 해석하였다. 첫 번째 수준의 설계변수는 운용범위내의 바람의 속도와 블레이드 지름, 축 회전수이며, 각 단면에서의 비틀림각과 시위길이는 두 번째 수준의 설계 변수이다. 운용범위 내의 각 설계점에서 익형의 공력 변수들과 최소에 너지손실 조건을 이용하여 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 각각의 설계점에서 결과를 바탕으로 풍력발전의 설계 운용범위에서 반응면을 구성하고 구배최적화 기법을 통해 요구동력의 제약함수를 만족하고 효율을 최대로 하는 블레이드 형상을 구현하였다. 최적형상에 대해 탈설계점 해석을 수행하여 그 성능을 구하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.57.1-57.1
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• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.

• 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.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권5호
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• pp.1458-1467
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• 1996

A direct differentiationmethod is presented for the shape design sensitivity analysis of axisymmeetric elastic solids. Based on the exisymmetric boundary integralequaiton formulation, a new boundary ntegral equatio for sensitivity analysis is derived by taking meterial derivative to the same integral identity that was used in the adjoint variable melthod. Numerical implementation is performed to show the applicaiton of the theoretical formulation. For a simple example with analytic solution, the sensitivities by present method are compared with analytic sensitivities. As an application to the shape optimization, an optimal shape of a gas turbine disc toinimize the weight under stress constraints is found by incorporating the sensitivity analysis algorithm in an optimizatio program.

• 한국지진공학회논문집
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• 제12권2호
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• pp.33-44
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• 2008

교량, 항만 및 각종 구조물과 산업설비에 대한 설계는 주로 결정론적 해석방법(Deterministic Analysis)에 의해 수행되고 있다. 그러나 구조물에 내재된 확률변수의 불확실성에 대한 영향을 보다 명확하게 평가할 뿐만 아니라 경제적인 설계를 위해서는 보다 개선된 평가방안이 요구된다. 이 연구에서는 터빈발전기 기초를 대상으로 합리적인 설계를 위해 확률유한요소법을 이용한 구조신뢰성해석을 수행하였다. 이를 위해 확률유한요소법을 신뢰성이론에 적합하도록 정식화하였으며, 대상 구조물의 부재강성 및 지진하중 등을 확률변수로 고려하여 동적응답해석 및 구조신뢰성해석을 효율적으로 수행할 수 있는 개선된 해석프로그램을 작성하였다. 작성된 해석프로그램을 이용하여 주요부재의 변위 및 부재력 응답에 대한 분산특성을 검토하였다. 아울러, 구조신뢰성해석에 따른 신뢰성지수 및 파괴확률을 제시함으로써, 대상 구조물의 구조 안전성을 정량적으로 평가하였다. 이 연구결과는 향후, 터빈발전기 기초의 개선된 설계방안을 설정함에 있어 기초자료를 제공할 것으로 기대된다.

• 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.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1996년도 제7회 학술강연회논문집
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• pp.97-104
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• 1996

DYGABCD 프로그램을 이용해 선형모델의 구성에 필요한 시스템 행렬을 구하고 최소자승법을 이용하여 실시간 선형모사를 행한 후 DYNGEN 프로그램을 이용한 비선형 모사와 비교하여 그 타당성을 입증하였다. 그리고 가제어성과 가안정성을 시험하여 시스템에 대해 제어기설계가 가능한지 확인하고 엔진의 성능과 직결되는 터빈입구 온도의 Overshoot 제어를 위해 고전적 제어기법인 PI제어기와 현대적 최적제어기법인 LQR 제어기를 설계하여 각각의 성능을 비교해 보았다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.269-274
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• 2014

본 논문에서는 사보니우스형 풍력터빈의 저소음 설계에 관한 연구를 수행하였다. 선행연구를 통해 BPF 보다 높은 주파수를 기본주파수로 가지며 발생하는 하모닉 성분의 순음소음이 사보니우스형 풍력터빈의 주요한 소음임을 밝혔고, 이러한 하모닉 성분의 소음은 와류에 의한 것임을 확인하였다. 본 연구에서는 이러한 선행연구결과를 바탕으로, 사보니우스형 풍력터빈의 저소음 설계를 위해 이탈되는 와류에 위상차를 유도할 수 있는 터빈 날개 끝단을 도입하였다. CFD 기법 및 음향상사법을 적용한 복합 전산공력음향학 기법을 적용하여 제안한 저소음 사보니우스형 풍력터빈의 방사 소음을 수치적으로 예측하였고, 기존의 형상과 비교를 통해 소음 저감 효과를 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권2호
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• pp.170-177
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• 2013

본 연구는 200 W급 자이로밀형 소형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상설계 및 유동해석에 의한 성능 검토에 관한 내용을 정리한 것이다. 2차원 형상의 로터 블레이드에 대하여 단일유관이론을 적용하여 설계하였으며, 설계 결과에 대해서 2차원 수치유동해석을 수행하여 해석결과의 검토로부터 3차원 로터 블레이드 기본 형상을 결정하고, 3차원 수치유동해석을 통하여 풍력터빈 로터 블레이드의 형상 결정 및 성능 검토를 하였다. 본 연구의 결과로부터 상대적 저풍속에서 200 W급 자이로밀형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상을 도출하였고, 수치유동해석으로부터 정격출력 200 W를 확보할 수 있음을 확인하여, 본 연구에서 적용한 설계법의 타당성을 확보하였다.

• 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.