• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.368-375
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• 2018

본 연구에서는 부유식 플랫폼의 6자유도 방향으로의 주기 운동이 로터 공력 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 부유식 해상 풍력터빈에 대한 공력 해석이 수행되었다. 수치 해석을 위해 블레이드 요소 운동량 방법을 이용하였으며, 유동 박리와 후류 영향에 의한 비정상 공력 효과를 포착하기 위해 인디셜 응답 방법에 기반한 동적 실속 모델을 이용하였다. 로터에 의해 유도되는 내리 흐름은 운동량 이론과 난류 후류 상태에 대한 경험적 모델을 연계하여 계산하였다. heave, sway, surge 방향으로의 병진 운동과 roll, pitch, yaw 방향으로의 회전 운동을 포함한 플랫폼 주기 운동을 고려하였으며, 각각의 모션은 사인함수 형태로 적용되었다. 수치해석을 위한 대상 풍력터빈으로는 NREL 5MW 풍력터빈이 사용되었다. 해석 결과로부터 세 방향 병진 운동 모드 중, surge 운동 시 로터 공력 변화가 상대적으로 크게 나타났으며, 회전 운동 모드의 경우, pitch 운동에 의해 로터 공력이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제25권5호
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• pp.455-463
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• 2012

본 연구에서는 부유식 해상 풍력 발전기의 로터 축과 타워 상단에 작용하는 동적 하중을 계산하였다. 부유식 해상 풍력 발전기는 부유식 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브, 그리고 3개의 블레이드로 구성되어 있는 다물체계 시스템이다. 본 연구에서는 이들 모두를 각각 6 자유도를 갖는 강체로 가정하였다. 부유식 해상 풍력 발전기의 타워는 플랫폼에 고정되어 있고, 3개의 블레이드는 허브에 고정되어 있다. 낫셀은 타워의 상부에 회전 관절로 연결되어 있으며, 블레이드와 허브로 구성된 로터는 낫셀과 회전 관절로 연결되어 있다. 본 연구에서 부유식 풍력 발전기의 운동 방정식은 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동방정식 구성 방법 중 하나인 recursive formulation을 이용하여 구성하였다. 외력으로는 부유식 플랫폼에 작용하는 비선형 유체 정역학 힘과 선형 유체 동역학적 힘 그리고 계류력을 고려하였고, 블레이드에 작용하는 풍력을 고려하였다. 이와 같이 구성한 운동 방정식을 해를 구하여 풍력 발전기를 구성하고 있는 각 요소들의 각 연결 부위에 작용하고 있는 구속력을 계산하였다. 그 결과, 동적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중은 정적 상태에서 풍력 발전기에 작용하는 하중보다 큰 것을 알 수 있으며, 따라서 부유식 풍력 발전기의 구조해석의 입력 값으로서 정적 하중보다 동적 하중을 고려하는 것이 더 엄격한 해석 기준이라고 할 수 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1427-1432
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• 2012

풍력터빈이 점차 대형화 되면서 로터 직경도 점차 커지고 있다. 로터 블레이드는 윈드시어와 타워교란 효과로부터 기계적 하중을 받게 된다. 이러한 기계적 하중은 풍력터빈의 수명을 단축시킨다. 따라서, 풍력터빈의 크기가 커짐에 따라 기계적 하중 완화를 위한 풍력터빈 제어 시스템 설계가 중요하다. 본 논문에서는 로터 블레이드의 기계적 하중 저감을 위한 개별 피치 제어에 대해 소개하고 IPC 성능 검증을 위해 시뮬레이션을 통하여 논의한다.

• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권2호
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• pp.163-170
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• 2008

혼합 보 이론과 적정변형 보 이론에 입각한 공탄성 해석 시스템을 결합하여 유연면을 갖는 복합재료 무힌지 로터에 대한 정지 및 전진 비행시의 공탄성 해석을 수행하였다. 블레이드에 작용하는 공기력은 Leishman-Beddoes의 비정상 공력 모델을 이용하여 구했다. 인장, 회전면 내외의 굽힘, 그리고 비틀림이 상호 연계된 블레이드에 대한 운동방정식은 Hamilton의 원리에 입각하여 유도하였다. 헬리콥터 블레이드의 공탄성 해석에 주요한 요소들인 단면 벽의 두께, 탄성연계, 그리고 구성방정식에 대한 적합한 가정과 같은 주요 구조 모델링 문제들에 대한 효과들을 고찰하였다. 이러한 요소들은 블레이드 단면의 복합재료 적층 구조에 민감하게 반응하며, 블레이드 안정성에도 적지 않은 영향을 나타냄을 보였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.139-146
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• 2009

능동 비틀림 제어기법을 이용한 복합재료 로터 블레이드의 헬리콥터 진동억제에 대한 수치연구를 수행하였다. 허브에 작용하는 진동하중 억제를 위해 복합재료 블레이드의 탄성 연계와 함께 압전 소재의 전단변형 메커니즘을 이용하였다. 로터 블레이드는 표면에 압전 작동기를 부착한 박벽 상자형 단면을 갖는 복합재료 보로 모델링하였다. 회전익에 대한 지배 운동방정식은 Hamilton 원리를 이용하여 구성하였고, 공력하중은 자유후류모델을 포함하는 비정상 공력 이론을 이용하여 구했다. 다양한 탄성연계 적층과 능동 작동기를 부착한 복합재료 블레이드에 대해 허브진동 하중 특성을 고찰하였다. 수치해석 결과 최적 제어 알고리듬을 적용하여 $N_b$/rev 진동하중을 대폭 줄일 수 있음을 보였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권12호
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• pp.1489-1495
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• 2012

본 논문에서는 부유식 플랫폼의 동적 거동을 고려하여 해상 풍력 발전기 타워의 구조 해석을 수행하였다. 풍력 발전기는 플랫폼, 타워, 낫셀, 허브 그리고 3 개의 블레이드로 구성된다. 타워는 3 차원 빔 요소를 사용하여 탄성체로 모델링하여 탄성 다물체계 동역학을 기반으로 한 운동 방정식을 구성하였다. 회전하는 블레이드에는 블레이드 요소 운동량 이론에 따라 계산된 공기역학적 힘이 적용되었고, 부유식 플랫폼에는 유체정역학적 힘, 유체동역학적 힘 그리고 계류력이 적용되었다. 타워의 구조 동역학적 거동을 수치적으로 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 결과를 이용하여 굽힘 모멘트와 응력을 산출하고 허용치와 비교하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제34권10호
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• pp.901-906
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• 2010

복잡한 지형에 위치한 풍력발전소의 유동장을 분석하기 위해 3차원 유동해석이 수행되었다. 본 논문의 목적은 복잡한 지형과 풍력발전기의 배치가 풍력발전소의 성능에 미치는 영향을 연구하는 것이다. 자세한 블레이드 형상을 고려한 총 49대의 풍력발전기가 계산 도메인에 포함되었다. 풍력발전기의 회전운동을 고려하기 위해 고정회전자 기법이 사용되었고, 블레이드에 작용하는 토크를 계산함으로써 풍력발전기의 성능을 평가하였다. 수치해석 결과를 통하여 풍력발전소 전체의 자세한 유동장과 지형적 영향으로 풍속이 감소되는 국부적인 영역을 예측하였고, 상류의 발전기에서 발생하는 후류가 하류에 위치한 발전기의 성능에 미치는 영향도 분석되었다. 본 연구의 해석기법은 추후 건설되는 풍력발전소의 부지와 풍력발전기의 최적 위치를 선정하는 데 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 연구논문집
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• 통권27호
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• pp.127-139
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• 1997

투포원 연사기는 스핀들 1회전에 2회의 꼬임을 부가하여 실의 신축성과 인장강도 및 내마모성을 증가시키며, 특수한 목적의 의장사를 만드는 섬유기계이다. 스핀들 유니트는 고속 회전중에 안정화된 운동이 지속되도록 구조설계가 요구되는 핵심장치로서 스핀들 유니트의 동특성 해석은 고속 스핀들 유니트설계의 최적화를 도모할 수 있을 것이다. 스핀들 유니트는 블레이드와 로타리 디스크로 구성되어 있으며, 스핀들 축에 대하여 회전체 형상을 유지 하고 있다. 동특성 해석을 수행하기 위하여 전달 매트릭스 해석법을 정의하고 해석용 프로그램인 SPINDLE을 이용하여 비틀림과 굽힘 고유진동수를 해석하였으며, 운전회전수에서 변위모우드를 분석하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.95-101
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• 2020

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 축일로 변환하는 장치로서 상대적으로 고속 회전하면서 양력과 항력의 다양한 하중 조합과 진동에 견딜 수 있도록 내구 강도가 큰 경량의 재료를 선택하여 강성을 증가시키는 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 본 연구는 CFRP 프리프레그를 사용하여 소형 풍력 블레이드를 제작하는 경우 공정 시간을 단축하는 기술을 개발하려는 목적으로 수행되었다. QBlade 수치해석 프로그램을 사용하여 블레이드의 형상을 결정하였다. 주어진 풍속에서 바람에 의해 부가되는 양력과 항력을 계산하는 유체역학 수치해석을 수행하고, 대표적인 블레이드 구조에 대해 블레이드 외피 재료에 가해지는 폰미세스 응력을 예측하는 재료역학 수치해석을 수행하였다. 인장 강도 시험의 불확실도를 개선하기 위해 ASTM D638 규정을 수정하여 새로운 시편의 형상을 제안하였고, 기존 형상의 인장 강도와 유사한 평균값을 얻되 파단 위치의 재현성이 향상됨을 확인하였다. 일련의 실험을 통해 소형 풍력블레이드의 제작에 블래더 가압 방식을 적용하면 충분한 내구 강도를 확보하면서 공정시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.