• 한국항공우주학회지
• /
• 제34권12호
• /
• pp.25-34
• /
• 2006

본 논문에서는 풍력 발전시스템의 피치 제어 알고리즘 설계 기법을 검토하고 비선형 시뮬레이션을 수행한 결과를 제시한다. 풍력 발전시스템을 다몸체 시스템으로 간주하고 로터 블레이드에 작용하는 공력 및 토크 계산을 위해 블레이드 요소 및 모멘텀 이론을 근거로 공력 모델링을 수행하였다. 제어기 설계를 위해, 풍력 발전시스템은 서로 상대적으로 구속한 체 운동하는 1 자유도 시스템으로 가정하여 선형 방정식을 수립하고, 로터 회전속도를 제어하기 위해 PID 제어기를 설계하였다. FORTRAN 언어를 기반으로 작성된 비선형 시뮬레이터 WINSIM을 이용하여 다양한 풍속 시나리오와 운전 방식에서 제어기의 성능을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.62.1-62.1
• /
• 2011

The wind can be stronger and steadier further from shore, but water depth is also deeper. Then bottom-mounted towers are not feasible, and floating turbines are more competitive. There are additional motions in an offshore floating wind turbine, which results in a more complex aerodynamics operating environment for the turbine rotor. Many aerodynamic analysis methods rely on blade element momentum theory to investigate aerodynamic load, which are not valid in vortex ring state that occurs in floating wind turbine operations. So, vortex lattice method, which is more physical, was used in this analysis. Floating platform's prescribed positions were calculated in the time domain by using floating system RAO and waves that are simulated using JONSWAP spectrum. The average value of in-plane aerodynamic force increase, but the value of out-of-plane force decrease. The maximum variation aerodynamic force abruptly increases in severe sea state. Especially, as the pitch motion of the barge platform is large, this motion should be avoided to decrease the aerodynamic load variation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.59.2-59.2
• /
• 2011

Although there are many activities on the construction of wind farm to produce amount of power from the wind, in practice power productions are not as much as its expected capabilities. This is because a lack of both the prediction of wind resources and the aerodynamic analysis on turbines with far wake effects. In far wake region, there are velocity deficits and increases of the turbulence intensity which lead to the power losses of the next turbine and the increases of dynamic loadings which could reduce system's life. The analysis on power losses and the increases of fatigue loadings in the wind farm is needed to prevent these unwanted consequences. Therefore, in this study velocity deficits have been predicted and aerodynamic analysis on turbines in the far wake is carried out from these velocity profiles. Ainslie's eddy viscosity wake model is adopted to determine a wake velocity and aerodynamic analysis on wind turbines is predicted by the numerical methods such as blade element momentum theory(BEMT) and vortex lattice method(VLM). The results show that velocity recovery is more rapid in the wake region with higher turbulence intensity. Since the velocity deficit is larger when the turbine has higher thrust coefficient, there is a huge aerodynamic power loss at the downstream turbine.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
• /
• pp.57.1-57.1
• /
• 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
• /
• 제35권10호
• /
• pp.875-883
• /
• 2007

본 연구는 실내 정찰 임무에 적합한 동축반전형 MAV 개발하는 것을 목표로 하였다. 현재 개발된 유사기종의 제품을 참조하여 초기사이징을 실시하고 BEMT기법을 이용하여 로터성능을 해석하였다. 또한 로터성능을 측정할 수 있는 실험장비를 구성하였다. 시제기의 진동발생 및 비행 불안정 문제는 NC머신을 이용해 부품을 정밀제작하고 스테빌라이져, 시소형태의 로터를 도입하여 해결하였다. 본 연구를 통하여 영상장비를 장착하고 비행가능한 기체를 제작하는데 성공하였으나, 향후 성능향상을 위한 별도의 로터설계가 필요한 것으로 보인다.

• 태양에너지
• /
• 제10권1호
• /
• pp.47-56
• /
• 1990

수직축 다리우스 풍력 터어빈의 공기역학적 특성을 해석코자 날개요소이론과 운동량 이론에 근거하는 이중다류관모델을 정립하여 모델풍동실험과 병행하여 비교분석하였다. 이중 다류관 모델은 아직 수정 보완의 여지는 있으나 터어빈을 통과하는 유동의 변화가 심하지 않은 날개끝속도비나 회전면적비가 작은 경우에는 비교적 정확히 터어빈의 공기역학적 특성을 예측함을 알 수 있었고, 모형풍동실험을 통해 정확한 터어빈 회전수제어로서 각 특성변수들에 대한 영향을 살피었다. 본 연구의 결과로서는 다리우스 터어빈의 설계 및 운전특성 예측에의 응용이 기대될 수 있다.

• Wind and Structures
• /
• 제27권3호
• /
• pp.187-197
• /
• 2018

In this study, aerodynamic characteristics of a horizontal axis wind turbine (HAWT) were evaluated and discussed in terms of measured data in existing onshore wind farm. Five wind turbines (T1, T2, T3, T4 and T5) were selected, and hub-height wind speed, $U_D$, wind turbine power output, P and turbine rotational speed, ${\Omega}$ data measured from these turbines were used for evaluation. In order to obtain characteristics of axial flow induction factor, a, power coefficient, $C_p$, thrust force coefficient, $C_T$, thrust force, T and tangential flow induction factor, a', Blade Element Momentum (BEM) theory was used. According to the results obtained, during a year, probability density of turbines at a rotational speed of 16.1 rpm was determined as approximately 45%. Optimum tip speed ratio was calculated to be 7.12 for most efficient wind turbine. Maximum $C_p$ was found to be 30% corresponding to this tip speed ratio.

• 한국항공우주학회지
• /
• 제31권10호
• /
• pp.112-119
• /
• 2003

50 m급 비행선의 추진을 위한 복합재 프로펠러를 공력/구조 설계하였으며, 지상 성능 시험을 수행하였다. 먼저 와류-깃요소 이론을 적용하여 비행선의 최대 비행 속도 조건에서 최소 손실을 갖는 45 kW급 프로펠러를 설계하였다. 프로펠러는 직경 2m, 블레이드 수 3, 고정피치 방식을 적용하였으며, 추력 제어를 위해 RPM 조절방식을 채택하였다. 설계한 프로펠러의 성능을 검증하기 위하여 지상정지 상태에서 프로펠러의 피치각을 변화시켜 가며 추력과 토크를 측정하여 이론적 방법으로 계산한 추력계수, 동력계수와 비교하였으며, 시험결과와 이론적 계산 결과는 잘 일치함을 확인하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제16권4호
• /
• pp.614-623
• /
• 2015

When the speed of a coaxial rotor helicopter in forward flight increases, the wake skew angle of the rotor increases and consequently the position of the vena contracta of the upper rotor with respect to the lower rotor changes. Considering ambient air and the effect of the upper rotor, this study proposes a nonuniform inflow model for the lower rotor of a coaxial rotor helicopter in forward flight. The total required power of the coaxial rotor system was compared against Dingeldein's experimental data, and the results of the proposed model were well matched. A plant model was also developed from first principles for flight simulation, unknown parameter estimation and control analysis. The coaxial rotor helicopter used for this study was manufactured for surveillance and reconnaissance and does not have any stabilizer bar. Therefore, a feedback controller was included during flight test and parameter estimation to overcome unstable situations. Predicted responses of parameter estimation and validation show good agreement with experimental data. Therefore, the methodology described in this paper can be used to develop numerical plant model, study non-uniform inflow model, conduct performance analysis and parameter estimation of coaxial rotor as well as other rotorcrafts in forward flight.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
• /
• 제15권4호
• /
• pp.356-365
• /
• 2014

This paper is the second in a series and aims to build a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane using the propeller's aerodynamics and inertial models, as developed in the first paper. It focuses on aerodynamic models for the fuselage, the main wing, and the stabilizers under the influence of the wake trailed from the propeller. For this, application of the vortex lattice method is proposed to reflect the propeller's wake effect on those aerodynamic surfaces. By considering the maneuvering flight states and the flow field generated by the propeller wake, the induced velocity at any point on the aerodynamic surfaces can be computed for general flight conditions. Thus, strip theory is well suited to predict the distribution of air loads over wing components and the viscous flow effect can be duly considered using the 2D aerodynamic coefficients for the airfoils used in each wing. These approaches are implemented in building a high-fidelity mathematical model for a propeller-driven airplane. Flight dynamic analysis modules for the trim, linearization, and simulation analyses were developed using the proposed techniques. The flight test results for a series of maneuvering flights with a scaled model were used for comparison with those obtained using the flight dynamics analysis modules to validate the usefulness of the present approaches. The resulting good correlations between the two data sets demonstrate that the flight characteristics of the propeller-driven airplane can be analyzed effectively through the integrated framework with the propeller and airframe aerodynamic models proposed in this study.