• 한국항공우주학회지
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• 제41권3호
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• pp.173-184
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• 2013

본 연구에서는 프로펠러나 헬리콥터 로터와 같은 회전체의 공력 최적 설계를 위한 다단 최적 설계 프레임워크를 제안한다. 이 프레임워크는 플랜폼 설계와 단면의 형상 설계를 반복적으로 수행하는 설계 전략을 통해 회전체의 공력 성능 향상을 목표로 한다. 플랜폼 설계의 단계에서는 유전 알고리즘과 2차원 CFD 데이터베이스 기반의 깃 요소 모멘텀 이론을 이용하여 빠른 시간에 회전체의 공력 특성을 평가하여 최적점을 탐색하였다. 플랜폼 설계 후 단면에 유입되는 유동 조건을 예측하여 단면 형상 최적 설계를 수행하였다. 설계 과정에서 보다 면밀하게 유동 특성이 분석될 수 있도록 2차원 N-S 해석자와 민감도 기반의 최적화 알고리즘을 통해 최적해를 탐색하였다. 단면 형상이 설계된 후에는 최적의 유동 조건을 산출할 수 있도록 플랜폼 설계를 반복적으로 수행하였다. 본 프레임워크를 1kW급 전기추진용 항공기 프로펠러 설계에 적용하여 그 유효성을 3차원 N-S 해석과 풍동 실험을 통해 검증하였다. 설계 후, 풍동 실험 결과를 기준으로 약 5%의 프로펠러 효율 증가를 얻을 수 있었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권6호
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• pp.609-617
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• 2014

풍력터빈 블레이드의 가변 피치제어는 풍력발전기의 과풍속 영역 설계에 있어 중요한 요소로 알려져 있으나 원가문제 때문에 소형 풍력터빈에는 적용되지 못하고 실속제어가 많이 적용되고 있다. 하지만, 블레이드 주변의 난류 때문에 설계된 실속이 구현되지 않는 실속지연 현상이 종종 발생되고, 이에 따른 풍력 블레이드의 과회전과 발전기의 과출력 위험이 발생하고 있다. 이에 따라 블레이드에서 발생되는 공력으로 피치가 변하고 스프링의 복원력으로 복귀되는 수동형 피치제어 모듈이 주목 받고 있다. 본 연구에서는 회전하는 블레이드의 익형에서 발생되는 양력과 항력을 이용하여 회전면으로 작용되는 토크와 블레이드의 Flap 방향으로 작용되는 추력을 계산하는 방법을 제시하고, 이러한 힘들의 크기를 여러 가지 익형에 대해 비교하였으며, 블레이드의 피치모멘트를 정량적으로 산출하여 수동 피치제어 모듈의 설계자료로 활용될 수 있도록 하였다.

• 한국항행학회논문지
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• 제25권1호
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• pp.17-28
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• 2021

최근 많은 나라 대도시의 교통체증과 더불어 지구온난화로 인해 차세대 친환경 교통수단인 eVTOL이 각광받고 있다. 본 연구에서는 많은 유형의 eVTOL 중 고정로터와 틸트로터가 결합된 복합형 eVTOL인 현대자동차 S-A1의 외부형상을 벤치마킹하여 역설계 기법을 활용하여 기본 형상을 구현하였다. CATIA를 사용하여 기본 형상을 구현한 후 항공기 설계 및 공력해석 프로그램인 OpenVSP, XFLR5를 사용하여 공력해석을 수행하였고 비교분석을 통해 익형과 붙임각, 상/하반각을 선택한 후 항공기 표면적 및 항력, 양력을 계산하였다. 또한 주어진 임무형상을 수행하기 위한 필요 동력을 산정하고 추정식과 자료조사를 통하여 구성품과 전체 무게를 추정하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제23권2호
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• pp.105-111
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• 2013

Whirl tower test is conducted basically during helicopter rotor system development process. And for whirl tower test of rotor hub system, new design blade or existing blade which is remodeled for new rotor hub system is used. Because of simple shape and efficient aerodynamic characteristic, BO-105 helicopter blade is used for helicopter rotor hub development project widely. Originally BO-105 blade is used for hingeless hub system and blade root is used to flexure. So flap stiffness and lag stiffness at blade root area is relatively low compare with airfoil area. So, in order to apply the BO-105 blade to bearingless hub, blade root area have to be reinforced. And in this process, blade root area's section property is changed. In this paper, we suggest reinforcement method of BO-105 blade root area and study dynamic characteristic of bearingless rotor system with reinforcement BO-105 blade.

• Wind and Structures
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• 제25권5호
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• pp.415-432
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• 2017

The nonlinear aerodynamic instability of a tensioned plane orthotropic membrane structure is theoretically investigated in this paper. The interaction governing equation of wind-structure coupling is established by the Von $K\acute{a}rm\acute{a}n's$ large amplitude theory and the D'Alembert's principle. The aerodynamic force is determined by the potential flow theory of fluid mechanics and the thin airfoil theory of aerodynamics. Then the interaction governing equation is transformed into a second order nonlinear differential equation with constant coefficients by the Bubnov-Galerkin method. The critical wind velocity is obtained by judging the stability of the second order nonlinear differential equation. From the analysis of examples, we can conclude that it's of great significance to consider the orthotropy and geometrical nonlinearity to prevent the aerodynamic instability of plane membrane structures; we should comprehensively consider the effects of various factors on the design of plane membrane structures; and the formula of critical wind velocity obtained in this paper provides a more accurate theoretical solution for the aerodynamic stability of the plane membrane structures than the previous studies.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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• pp.25-32
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• 2005

The aerodynamic loads at the blade hub and the drive shaft for 1MW horizontal axis wind turbine are calculated numerically. The geometric shape of the blade such as chord length and twist angle can be obtained fran the aerodynamic optimization procedure. Various airfoil data, that is thick airfoils at hub side and thin airfoils at tip side, are distributed along the spanwise direction of the rotor blade. Under the wind data fulfilling design load cases based on the IEC61400-1, all of the shear forces, bending moments at the hub and the low speed shaft of the drive train are obtained by using the FAST code. It shows that shear forces and bending moments have a periodic. trend. These oscillating aerodynamic loads will lead to the fatigue problem at both of the hub and drive train From the load analysis the maximum shear forces and bending moments are generated when wind turbine generator system operates in the case of the extreme speed wind condition.

• 한국항공운항학회지
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• 제18권1호
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• pp.33-38
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• 2010

Developments of numerical methods are very important to design and analysis for a high subsonic turbine blade. In general, Analysis by experimental investigation has needed a lot of human resources and required time, indispensably, and equipments still have a limit to measure in conditions of high temperature. Rapid technological developments of CPU and integration level of memory make it possible to advance computation with almost exactly simulation so, recent developments of numerical methods are in spotlight. In the present study, the panel method, which is well-known as relatively simplified numerical method, and 2-dimensional ordinary differential Falkner-Skan equation were computed in order to analyze the outer flow, and FVM-based solid heat transfer equation, was also computed to forecast the temperature distribution of the airfoil and the turbine blade. Unstructured grid was constructed in the turbine blade, which has double cooling holes, in order to analyze the internal heat transfer. Cooling fluid was assumed as fully-developed turbulent flow and that circulated in cooling holes.

• 한국전산유체공학회지
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• 제17권4호
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• pp.32-40
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• 2012

Efficient Global Optimization (EGO) method is a global optimization technique which can select the next sample point automatically by infill sampling criteria (ISC) and search for the global minimum with less samples than what the conventional global optimization method needs. ISC function consists of the predictor and mean square error (MSE) provided from the kriging model which is a stochastic metamodel. Also the constrained EGO method can minimize the objective function dealing with the constraints under EGO concept. In this study the constrained EGO method applied to the RAE2822 airfoil shape design formulated with the constraint. But the noisy CFD data caused the kriging model to fail to depict the true function. The distorted kriging model would make the EGO deviate from the correct search. This distortion of kriging model can be handled with the interpolation(p=free) kriging model. With the interpolation(p=free) kriging model, however, the search of EGO solution was stalled in the narrow feasible region without the chance to update the objective and constraint functions. Then the accuracy of EGO solution was not good enough. So the three-step search method was proposed to obtain the accurate global minimum as well as prevent from the distortion of kriging model for the noisy constrained CFD problem.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권4호
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• pp.475-482
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• 2011

본 연구는 풍력블레이드의 공력특성 향상을 위한 기초연구로서, 익형의 표면에 형성된 groove의 형상에 따른 양항비의 개선정도를 전산해석을 통해 분석하였다. 본 연구의 계산 범위에서 경계층(${\delta}$)과 groove 깊이(h)의 비는 1.1, groove 깊이(h)와 폭(d)의 비는 0.1, groove 사이의 거리(p)와 폭(d)의 비는 1.2, groove 수는 2개의 경우에서 양항비가 8.7% 향상된 결과를 보였다. Groove에 의한 양항비의 개선정도가 특정 받음각 이후에서도 지속됨을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제10권4호
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• pp.11-16
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• 2016

본 논문에서 채널 안내로를 비행하는 가변스팬 날개의 공력특성에 관한 실험연구를 수행하였다. NACA 0012익형을 가진 가변스팬 날개를 제작하였으며 선형서보모터를 사용하여 작동시켰다. 날개의 가로세로비, 지면효과, 날개와 펜스사이의 거리가 날개의 공력특성에 미치는 영향을 조사하였다. 연구결과 지면 및 펜스 모두 항공기 날개의 양력을 증가시켰으며 지면효과와 달리 펜스는 날개의 항력에 큰 영향을 미치지 않았다. 가변스팬 메커니즘이 플랩사용이 제한되는 상황에서 효과적인 고양력 장치로 사용가능할 것으로 판단된다.