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

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
• /
• pp.186-186
• /
• 2010

개별 블레이드 피치 제어(individual blade pitch control)는 각각의 로터 블레이드의 피치각을 독립적으로 조정함으로써 블레이드에 작용하는 공력을 변화시키는 원리로 풍력 터빈 구조물에 발생하는 동적 피로하중을 저감시키기 위한 제어기법이다. 그러나 개별 피치 제어에 의해 발생하는 각 블레이드의 독립적인 피치 운동은 풍력 터빈 회전자에 비대칭성을 야기하고 구조물의 동적 불안정 현상을 발생시킬 수 있기 때문에 이에 대한 정확한 동적 해석이 선행되어야 한다. 하지만 블레이드의 피치 운동이 반영된 풍력 터빈은 시변계로 간주되어 기존의 시불변계 해석기법을 직접 적용할 수 없기 때문에 동적 해석에 어려움이 있다. 이 논문에서는 각각의 블레이드 피치운동을 주기함수로 근사화 함으로써 풍력 터빈을 주기 시변계로 모형화한다. 그리고 효율적으로 주기 시변계의 근사해를 구하기 위한 변조 좌표 변환(modulated coordinate transformation)기법을 적용하여 블레이드의 피치운동이 반영된 풍력 터빈의 동적 안정성 해석을 수행하였다. 그리고 현재 풍력 터빈의 동적 해석에 활용되는 대표적인 해석 기법인 다중 블레이드 좌표변환(multi-blade coordinate transformation)기법을 이용한 해석보다 정확한 결과를 얻을 수 있음을 보였다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
• /
• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
• /
• pp.64-67
• /
• 2010

본 논문에서는 풍력 발전기에 사용되는 블레이드의 동특성을 해석하기 위한 프로그램을 개발하였다. 복잡한 형상의 풍력 발전기 블레이드의 모델을 단순화시키기 위하여 보 이론을 이용하였다. 블레이드의 회전 운동은 Hamilton 원리를 유한요소 보 모델을 이용하여 정식화를 수행하였다. 회전 속도에 따라 블레이드에 적용되는 원심력과 검증된 단면 물성치를 이용하여 복합재료 블레이드의 고유치 해석을 수행하였다. 기존의 상용 소프트웨어의 해석 결과와 비교를 통하여 검증 연구를 수행하였으며, 이를 토대로 본 해석 프로그램의 타당성을 보였다.

• 전력전자학회논문지
• /
• 제8권3호
• /
• pp.266-273
• /
• 2003

풍력 발전 시스템의 제어 알고리즘 개발 및 개발 제품의 성능 시험을 위해 회전자 블레이드를 대신하여 발전기축에 토오크를 입력할 수 있는 풍력 발전기 시뮬레이터를 개발하였다. 제안된 알고리즘은 풍속의 변화에 따른 블레이드의 출력 토오크 변화를 실시간으로 계산하여 직류 전동기 구동을 위한 토오크 지령값으로 사용하며, 특히 회전자 블레이드의 관성이 일반적으로 전동기보다 매우 큰 점에 착안하여 가감속시 회전자 관성에 의한 영향을 고려할 수 있도록 설계되었다. 즉, 바람으로부터 획득하는 운동에너지 중에서 미리 회전자 블레이드 관성 모멘트에 저장/변환되는 에너지를 계산하여 나머지 성분만 발전기 축에 전달하도록 하여 실제로 커다란 관성체를 사용하지 않고도 효과적으로 회전자 블레이드와 발전기부의 동특성을 실제 상황에 가깝게 모의할 수 있다. 직류 전동기를 사용하여 풍속의 변화에 따른 풍력 터빈 시뮬레이터를 설계 제작하고, 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 성능을 보였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제39권5호
• /
• pp.442-450
• /
• 2011

회전 블레이드의 모션을 측정하기 위해 스테레오 패턴 인식 (stereo pattern recognition, SPR) 기법을 적용한 측정 시스템을 구성하고 실험을 수행하였다. 시스템 요구사항을 만족시키는 스테레오 카메라를 확보하여 SPR 기반의 측정 시스템을 준비하였다. 시스템의 측정불확도를 계산하기 위한 일련의 실험을 통해, 본 SPR 시스템이 2m~4.2m의 측정 거리에서 0.2mm 이내의 표준불확도를 가짐을 확인하였다. 이를 이용하여 계산한 블레이드 모션의 합성표준불확도는, 리드-래그, 플래핑, 비틀림 운동에 대해 각각 0.296mm, 0.209mm, $0.238^{\circ}$ 이었다. 본 SPR 시스템을 한국항공우주연구원의 소형로터 시험장치에 설치하고 회전속도와 콜렉티브 피치각을 각각 360rpm, 589rpm, 그리고 $0^{\circ}$, $4^{\circ}$, $6^{\circ}$로 바꾸어가며, 지상 제자리비행 조건에서 블레이드의 모션과 탄성 변형을 성공적으로 측정하였다. Higher Harmonic Control Aeroacoustic Rotor Test -II 에서 사용한 측정 시스템과의 비교를 통하여 본 시스템의 장점을 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제37권2호
• /
• pp.121-130
• /
• 2009

전진 비행중인 자동회전 로터에 대한 비정상 수치해석 기법이 개발되었다. 자동회전 로터의 플래핑과 회전운동 방정식은 주어지는 시간간격에 따라 연속적으로 적분되며 이 때 회전면에서의 유도 속도장은 동적 유도흐름 이론(dynamic inflow theory)에 의해 계속 업데이트 되면서 블레이드의 모든 요소에서 유효 받음각을 결정하여 비정상 상태를 모사한다. 로터의 임의의 초기 회전속도 및 플래핑각에서 정상상태로 천이(transition)되는 과정을 시뮬레이션 하였고 블레이드 에어포일 공력 데이터들을 이용하여 방정식들의 수치해인 자동회전의 정상상태를 예측하였다. 2차원 Navier-Stokes 솔버로 받음각과 레이놀즈수에 따라 해석된 에어포일 데이터를 이용하여 자동회전의 비정상 시뮬레이션을 수행한 해석 결과는 풍동실험 결과와 잘 일치하였다

• 전력전자학회논문지
• /
• 제9권1호
• /
• pp.1-9
• /
• 2004

본 논문에서는 로터 블레이드, 발전기, 로터 블레이드와 발전기에 연결된 고/저속 회전축 및 회전축간의 회전력을 전달하는 기어 시스템 등 다수의 몸체가 서로 상대적인 운동이 가능한 채 연결되어 있는 단일로터 수평축 풍력발전 시스템을 다몸체 시스템으로 간주한 후, 다몸체 역학을 이용한 풍력발전 시스템 모델링 기법을 제안하였다. 이를 기반으로 풍력발전 시스템의 성능 해석을 위한 시뮬레이터를 개발하였다. 그리고 다양한 시뮬레이션을 통해 제안된 풍력발전 시스템 모델링 기법과 시뮬레이터의 타당성을 검증하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
• /
• 제20권11호
• /
• pp.1052-1057
• /
• 2010

Dynamic stability of rotating blade considering gravity effect is investigated in this paper. Equations of motion for the beam is derived by employing hybrid deformation variable method and transformed into dimensionless form. The present modeling method is verified by RecurDyn. Stability diagrams are presented to show the influence of the configuration of the beam and angular velocity on the dynamic stability by applying Floquet's theory. Since the natural frequencies are varied when the blade has rotating motion, it is found that relatively large unstable regions exist approximately 1.1 times as high as the first bending natural frequency and half of the sum of first and second bending natural frequency.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제17권1호
• /
• pp.75-82
• /
• 2011

해양에너지는 아직 개발되지 않은 가장 유망한 재생 및 청정에너지 자원 중 하나이다. 특히 우리나라는 세계적으로 보기 드문 조류발전의 적지이며, 이를 이용하기 위해서는 각 해역에 적합한 조류에너지 변환 장치의 개발이 매우 필요하다. 따라서 본 연구에서는 조류발전 방식 중 수평축 로터 블레이드의 최적형상 설계 및 성능평가를 목적으로 날개 끝 손실 모델을 포함하는 날개요소 운동량이론을 적용한 조류터빈 설계기법을 제안하고, 100 kW급 로터 블레이드를 설계하였다. 또한 블레이드 국부위치에서 주속비에 따른 Prandtl의 날개 끝 손실 변화를 비교하였으며, 정격 날개 끝 속도비에서 NACA63812를 사용하여 설계된 로터 블레이드의 동력계수는 0.49로 우수한 성능을 나타내었다.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제46권10호
• /
• pp.833-844
• /
• 2018

본 연구에서는 무인 회전익기의 종류인 쿼드콥터의 로터 블레이드에 대해 바람 및 비행 조건의 따른 공력특성을 예측하고자 한다. 돌풍 및 비행 조건들을 고려하기 위해 바람의 좌표계 변환 개념을 제시하였다. 강체 블레이드 플래핑 운동방정식을 고려한 깃 요소 및 운동량 이론을 이용해 개별 로터의 제자리, 전진, 상승 비행을 해석하였다. XFOIL을 사용하여 공력결과를 도출하였고, 개발된 BEMT를 이용하여 제자리 비행, 전진, 상승 조건의 검증을 수행했다. 또한 제자리 비행 실험 환경 구축 및 실험 결과와 개발된 BEMT의 비교 및 검증을 수행하였다.