• 한국전산유체공학회지
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• 제18권4호
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• pp.1-8
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• 2013

The performance of small-size impellers with ruled surfaces was investigated for flank milling over a wide speed range, using computational fluid dynamics analyses and gas bench tests. An impeller with a ruled surface was designed, manufactured, and tested to evaluate the effects of blade loading, the backsweep angle, and the relative velocity distribution on the compressor performance. The simulations and tests were completed using the same compressor cover with identical inlet and outlet channels to accurately compare the performance of the abovementioned impeller with a commercial impeller containing sculptured blades. Both impellers have the same number of blades, number of splitters, and shroud meridional profiles. The backsweep angles of the blades on the ruled impeller were selected to work with the same pinched diffuser as for a sculptured impeller. The inlet-to-exit relative velocity diffusion ratio and the blade loading were provided to maximize the flow rate and to minimize the surge flow rate. The design flow rate, rpm, were selected same for both impellers. Test results showed that for the compressor stage with a ruled impeller, the efficiency was increased by 0.32% with an extended surge margin without a reduction in the pressure ratio as compared to the impeller with the sculptured design. It was concluded that an increased relative velocity diffusion coupled with a large backsweep angle was an effective way to improve the compressor stage efficiency. Additionally, an appropriate blade loading distribution was important for achieving a wide operating range and higher efficiency.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권5호
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• pp.452-458
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• 2013

풍력 발전 블레이드에서 손상 발생 및 진전을 모니터링하기 위한 임피던스 기법에 대한 고찰을 하였다. 본 연구에서는 PVDF 필름 피에조 센서를 제작하여 10 kW 급 풍력 발전 블레이드에 부착하여 피로하중의 부하에 따른 임피던스 신호를 1-200 MHz 주파수 영역에서 측정하였다. 피로하중을 부하함에 따라 블레이드의 처짐과 국부적인 변형률의 변화가 발생하였고, 임피던스 신호의 패턴에서의 변화를 감지할 수 있었다. 임피던스와 변형률 그리고 처짐 신호로부터 블레이드의 국부적인 손상 혹은 기하학적 변화가 발생하였음을 알 수 있었다. 임피던스 신호의 정성적인 비교를 정량적으로 비교하기 위하여 통계적인 접근으로 스칼라 손상 지수 M을 사용하였다. 피로 하중의 부하와 센서 위치에 따른 지수 M을 계산할 수 있었고, 이들 값을 비교하여 지수와 손상을 상관지을 수 있었다.

• Composites Research
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• 제31권3호
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• pp.104-110
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• 2018

본 연구에서 수직축 풍력 발전기의 복합재 블레이드 및 타워에 대한 구조 설계 및 해석 방안을 제시하였다. 본 연구에서 수직축 블레이드의 설계 및 제작 수행 후 풍력 발전기 타워의 구조 설계를 수행하였다. 먼저 블레이드와 타워의 설계 요구 조건 및 사양이 정립되었다. 타워 구조 설계 이후 유한 요소 해석을 통하여 타워의 구조 해석을 수행하였다. 적용된 하중에서 응력, 변형, 고유 진동수 해석이 수행되었다. 구조 해석을 통해 타워 형상의 개선 설계 방안을 제시하였다. 최종 설계된 타워 구조는 구조 해석을 통해 안전한 것으로 확인되었다.

• 한국정밀공학회지
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• 제18권10호
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• pp.61-68
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• 2001

Turbine blade in nuclear plant is subject to cyclic bending fatigue by high steam pressure. Especially, fatigue fracture is caused by low stress below yielding stress. Photograph by SEM doesn't have striation but photograph by AFM has striation on the fatigue fractured surface of 12% Cr steel used in turbine blade. Surface roughness $R_q$ has the linear relation with respect to stress intensity factor range ΔK and is increased linearly according to load amplitude $\textit{\Delta}P$. In this study loading condition applied to turbine blade is predicted by the relation between the gradient of $R_q$ to $\textit{\Delta}K$ and load amplitude $\textit{\Delta}P$.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.369-374
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• 2016

본 연구에서는 굽힘-비틀림 커플링(bend-twist coupled, BTC) 설계개념을 적용한 10 MW급 복합재 풍력 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다. BTC 설계개념은 동적 하중 상황에서 블레이드의 굽힘과 비틀림 거동 사이의 연동을 유도하여, 단면 받음각 변화에 의한 수동적인 적응 하중저감이 가능하다. 인자연구를 통해 최적의 BTC 설계인자를 추출하여 블레이드 구조설계에 적용하였다. BTC 개념이 동적 하중 감소에 미치는 영향을 가늠하기 위해 블레이드 루트 부에서의 피로등가하중을 계산한 결과, BTC 개념이 적용된 블레이드를 적용한 경우 피로등가하중이 2-3% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. BTC 효과를 시험적으로 검증하기 위해 1:29 비율의 블레이드 stiffener 축소모델을 제작하였으며, 정하중 시험을 통해 처짐 거동 시 끝단에서의 비틀림을 측정하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제38권4호
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• pp.289-309
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• 2014

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 기계적 에너지로 변환하는 장치로써 풍력발전시스템의 출력성능, 에너지변환효율, 하중 및 동적 안정성에 영향을 미칠 수 있기 때문에 주요부품으로 분류된다. 따라서 최적의 블레이드 설계결과를 얻기 위해서는 시스템 특성이 고려된 공력-구조 통합설계가 중요하다. 본 연구에서는 풍력터빈 시스템과의 상호작용이 고려된 블레이드 설계절차를 제안하였고, 2 MW 급 블레이드(KR40.1b)의 공력-구조 통합 설계결과를 제시하였다. 또한 전술한 바와 같이 로터 블레이드에 작용하는 극한하중 및 피로하중은 시스템 운전조건에 따라 가변적이므로 시스템통합하중해석을 위한 2 MW 풍력발전시스템 모델링을 수행하였으며, IEC 61400-1 및 (사)한국선급의 풍력발전기술기준에 따라 수행된 하중해석결과를 제시하였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제33권5호
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• pp.443-451
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• 2013

음향방출기법은 구조물에 존재하는 손상 및 손상 메커니즘을 규명하는 가장 유효한 비파괴검사 수단으로 널리 이용되고 있다. 최근 이러한 재료 및 구조의 내부 손상의 실시간 모니터링이 가능한 기법을 활용하여 풍력 블레이드와 같은 대형 구조물의 건전성을 실시간으로 감시 가능하도록 하는 연구가 각광 받고 있다. 이 논문에서는 선행 연구를 통하여 개발된 신호 맵핑 기법을 사용하여 750 kW 블레이드에 외부 손상을 가정한 임의의 외부 충격을 가하여 위치 탐지 결과의 정확성을 확인하고, 100 kW 블레이드의 정하중 시험 시 발생하는 음향방출신호를 측정하여 손상이 발생된 것으로 의심되는 지역을 탐지하는 실험을 실시하였다. 실험 결과 발생된 모든 외부 충격신호에 대하여 낮은 오차범위를 가지는 결과를 보였으며, 정적하중실험동안 측정된 음향방출신호와 실제 손상 발생 위치의 비교를 통하여 새로운 신호 맵핑 기법으로 블레이드에서 발생되는 내부 손상을 매우 높은 정확도로 위치 표정이 가능함을 확인하였다.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제14권3호
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• pp.291-297
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• 2000

Modern helicopter rotor blades with non-homogeneous cross sections, composed of anisotropic material, require highly sophisticated structural analysis because of various cross sectional geometry and material properties. They may be subjected by the combined axial, bending, and torsional loading, and the dynamic and static behaviors of rotor blades are seriously influenced by the structural coupling under rotating condition. To simplify the analysis procedure using one dimensional beam model, it is necessary to determine the principal coordinate of the rotor blade. In this study, a method for the determination of the principal coordinate including elastic and shear centers is presented, based upon continuum mechanics. The scheme is verified by comparing the results with confirmed experimental results.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제18권3호
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• pp.481-490
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• 2004

Steady state flow calculations are executed for turbo-pump inducers of modern design to validate the performance of Tascflow code. Hydrodynamic performance of inducers is evaluated and structure of the passage flow and leading edge recirculation are also investigated. Calculated results show good coincidence with experimental data of static pressure performance and velocity profiles over the leading edge. Upstream recirculation, tip leakage and vortex flow at the blade tip and near leading edge are main sources of pressure loss. Amount of pressure loss from the upstream to the leading edge corresponds to that of whole pressure loss through the blade passage. The viscous loss is considerably large due to the strong secondary flow. There appears more stronger leading edge recirculation for the backswept inducer, and this increases the pressure loss. However, blade loading near the leading edge is considerably reduced and cavitation inception delayed.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제8권3호
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• pp.33-41
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• 2005

This paper describes the conceptual design of medium size helicopter rotor system. Based on assumed design requirements, trade-off study for rotor configuration has been conducted in terms of rotor tip speed, disk loading, blade area, solidity, etc for estimated primary mission gross weight. For the main rotor, four-blade and five-blade rotors are studied with the conventional tail rotor. The performance analysis for baseline configuration is conducted using a helicopter performance analysis program. The analysis shows design results satisfy the design requirements.