• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제9권2호
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• pp.18-33
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• 2008

This paper presents design optimization of a new Active Twist Rotor (ATR) blade and conducts its aeroelastic analysis in forward flight condition. In order to improve a twist actuation performance, the present ATR blade utilizes a single crystal piezoelectric fiber composite actuator and the blade cross-sectional layout is designed through an optimization procedure. The single crystal piezoelectric fiber composite actuator has excellent piezoelectric strain performance when compared with the previous piezoelectric fiber composites such as Active Fiber Composites (AFC) and Macro Fiber Composites (MFC). Further design optimization gives a cross-sectional layout that maximizes the static twist actuation while satisfying various blade design requirements. After the design optimization is completed successfully, an aeroelastic analysis of the present ATR blade in forward flight is conducted to confirm the efficiency in reducing the vibratory loads at both fixed- and rotating-systems. Numerical simulation shows that the present ATR blade utilizing single crystal piezoelectric fiber composites may reduce the vibratory loads significantly even with much lower input-voltage when compared with that used in the previous ATR blade. However, for an application of the present single crystal piezoelectric actuator to a full scaled rotor blade, several issues exist. Difficulty of manufacturing in a large size and severe brittleness in its material characteristics will need to be examined.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.181-186
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• 2009

본 연구의 목적은 주로터 블레이드와 장애물 충돌 시 실제 파괴형상과 유사한 시뮬레이션을 통해 발생되는 하중을 구하고, 이것을 이용하여 허브 및 변속장치의 안전성을 검토함으로써 승무원의 안전성을 확보하는 것이다. 헬리콥터의 실제 운용 시에 주로터 복합재 블레이드 바깥쪽 10% 지점에 직경 203mm의 강체실린더가 충돌할 경우에도 주로터주축은 파괴가 발생하지 않아야 하고 변속장치가 탑승공간으로 침투하는 위험한 변위가 발생하지 않아야 한다. 강체와 블레이드 충돌 시 주로터의 주축과 변속장치의 영향성을 확인하기 위하여 탄소성 손상 재질을 사용하여 복합재 블레이드와 나무(강체실린더의 경우는 강체)의 해석모델을 구성하였으며, 파괴진행과정을 실제와 유사하게 구현하기 위해 여러 개의 접촉면을 생성하여 충돌해석을 수행하였고, 구형베어링 및 리드래그댐퍼에 전달되는 하중을 구하였다. 또한, 블레이드 회전속도 및 피치각도의 변화가 전달하중에 미치는 영향을 검토하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.492-497
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• 2011

일반적으로 헬리콥터는 양력, 추력 그리고 힘을 발생시키기 위해 로터 시스템을 사용하기 때문에 공력환경이 매우 복잡하다. 블레이드 와류 간섭과 같은 비정상 공력 환경이 발생한다. 이러한 비정상 공력 환경은 진동하중과 높은 공력소음을 유발한다. 진동하중과 공력소음은 로터 블레이드 회전수에 N 배의 해당하는 주파수 (N/rev)를 갖는다. 하지만 스와시 판과 피치링크로 이루어진 전통적인 로터 조종계통은 블레이드가 1 회 회전하는 동안 한번의 조종 변위를 발생시킬 수 있기 때문에 그러한 진동하중을 조절하기에는 한계가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 능동 제어 기법들이 개발되었다. 능동 제어기법은 임의의 주파수로 블레이드의 피치 각을 조종할 수 있다. 본 논문에서는 비정상 공력 하중을 변화시키기 위해 능동 제어기법 중 한 가지인 능동 뒷전 플랩 블레이드의 설계를 수행하였다. 능동 뒷전 플랩 블레이드는 에어포일의 캠버를 변화시키기 위해 작동기에 의해 구동되는 뒷전 플랩을 장착한다. 뒷전 플랩을 작동시키기 위해 블레이드 내부에 위치 압전 작동기를 사용하였다.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제14권8호
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• pp.734-740
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• 2004

In this work, the effect of composite couplings and mass distributions on hub loads of a hingeless rotor in forward flight is investigated. The hingeless composite rotor is idealized as a laminated thin-walled box-beam. The nonclassical effects such as transverse shear and torsion warping are considered In the structural formulation. The nonlinear differential equations of motion are obtained by applying Hamilton’s principle. The blade responses and hub loads are calculated using a finite element formulation both in space and time. The aerodynamic forces acting on the blade are calculated using the quasi-steady strip theory. The theory includes the effects of reversed flow and compressibility. The magnitude of elastic couplings obtained by MSC/NASTRAN is compared with the classical pitch-flap($\delta$$_3$) coupling. It Is observed that the elastic couplings and mass distributions of the blade have a substantial effect on the behavior of $N_{b}$ /rev hub loads. About 40％ hub loads is reduced by tailoring or redistributing the structural properties of the blade.e.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권7호
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• pp.29-36
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• 2004

본 연구에서는 전진비행시 무힌지 로터 블레이드의 허브하중에 대한 복합재료 연성의 영향을 고찰하였다. 무힌지 복합재료 로터 블레이드를 단일 상자형 보로 모델링 하였으며, 전단 변형 및 비틀림 워핑과 같은 비고전적 효과를 고려하였다. 운동방정식은 해밀턴의 원리를 이용하여 구성하였으며, 로터 블레이드의 공간 및 시간차원에서의 유한요소법을 적용하여 완전평형해석을 수행하였다. 블레이드에 작용하는 공기력은 2 차원 준정상 공기력 이론을 바탕으로 하여 역류 및 압축성 효과를 고려하였다. MSC/NASTRAN을 이용하여 피치 -플랩 및 피치-래그와 같은 탄성 연성의 크기를 구하고, 고전적인 기하학적 연계와 비교하였다. 탄생 연성은 $N_b/rev$ 허브하중의 특성에 적지 않은 영향을 미침을 확인하였다 블레이드 복합재료의 적층각을 적절히 변화시킬 경우 약 10-40%의 허브하중을 감소시킬 수 있음을 보였다.

• 풍력에너지저널
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• 제5권1호
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• pp.43-49
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• 2014

Primarily, tower loads of a wind turbine arise from aerodynamic effect and a top head mass. But sometime asymmetric loads of rotor also affect on the tower loads. Especially ice formation on two blades out of three causes the asymmetric loads, because the ice formation on blades lead to large rotating mass imbalance. This rotating mass imbalance of rotor affects tower fatigue loads. So design load cases of ice formation on blade should be considered in the fatigue design loads of the tower according to GL guideline 2010. This paper describes the change of tower fatigue loads following increase of tower height in the condition of ice formation. Finally, the optimal operation strategy is examined in order to reduce tower fatigue design loads.

• Wind and Structures
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• 제26권1호
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• pp.25-34
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• 2018

This paper presents a beam finite element model of a vibrate wind blade in large elastic deformation subjected to the aerodynamic, centrifugal, gyroscopic and gravity loads. The gyroscopic loads applied to the blade are induced by her simultaneous vibration and rotation. The proposed beam finite element model is based on a simplex interpolation method and it is mainly intended to the numerical analysis of wind blades vibration in large elastic deformation. For this purpose, the theory of the sheared beams and the finite element method are combined to develop the algebraic equations system governing the three-dimensional motion of blade vibration. The applicability of the theoretical approach is elucidated through an original case study. Also, the static deformation of the used wind blade is assessed by appropriate software using a solid finite element model in order to show the effectiveness of the obtained results. To simulate the nonlinear dynamic response of wind blade, the predictor-corrector Newmark scheme is applied and the stability of numerical process is approved during a large time of blade functioning. Finally, the influence of the modified geometrical stiffness on the amplitudes and frequencies of the wind blade vibration induced by the sinusoidal excitation of gravity is analyzed.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권3호
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• pp.237-243
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• 2018

본 연구에서는 고 전진비 조건의 로터에 대해 전진비 변화에 따른 허브 진동하중의 변화를 예측하고, 블레이드에서 발생하는 구조하중 예측 및 조화 분석을 통하여 구조하중 변화를 고찰하였다. 로터 전진비는 0.40부터 0.71까지 범위를 가지며, NASA에서 수행한 풍동시험 결과에 대해 수치묘사 연구를 수행하였다. 검증한 결과를 토대로 허브 진동하중 및 블레이드 모멘트를 예측하였다. 허브 진동하중은 최초에 증가하다가 전진비가 0.5 이상의 경우에는 변화가 거의 없음을 보여주었다. 블레이드 구조하중은 전진비가 증가할수록 진폭의 크기가 증가하며, 블레이드 모멘트의 조화 분석을 수행한 결과 플랩 모멘트는 3/rev, 래그모멘트는 4/rev의 영향이 매우 크다는 점을 확인하였다. 이는 전진비가 증가할수록 2차 플랩과 2차 래그 모드의 고유진동수가 각각 3/rev와 4/rev에 근접하기 때문인 것으로 파악되었다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제8권1호
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• pp.115-121
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• 2007

The aeroelastic analysis of rotor blades with trailing edge flaps, focused on reducing vibration while minimizing control effort, are investigated using large deflection-type beam theory in forward flight. The rotor blade aerodynamic forces are calculated using two-dimensional quasi-steady strip theory. For the analysis of forward flight, the nonlinear periodic blade steady response is obtained by integrating the full finite element equation in time through a coupled trim procedure with a vehicle trim. The objective function, which includes vibratory hub loads and active flap control inputs, is minimized by an optimal control process. Numerical simulations are performed for the steady-state forward flight of various advance ratios. Also, numerical results of the steady blade and flap deflections, and the vibratory hub loads are presented for various advance ratios and are compared with the previously published analysis results obtained from modal analysis based on a moderate deflection-type beam theory.

• 한국풍공학회지
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• 제22권4호
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• pp.163-169
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• 2018

본 연구에서는 운전 정지 상태로 회전하지 않는 수평축 해상 풍력터빈 로터에서 발생하는 풍하중을 풍속, 요 각도, 방위각, 피치 각도를 달리하면서 대기경계층 내에서 작동하는 조건으로 평가하였다. 하중 예측 결과의 검증을 위해 단순화 한 블레이드 형상에 대한 블레이드 요소이론과 단순 계산치를 이용하여 얻어낸 공력 하중을 상호 비교하였으며, 코드와 비틀림 각도가 블레이드 스팬 방향에 따라 변하는 NREL 5 MW급 대형풍력터빈 로터에 대해서는 NREL에서 개발한 FAST 해석 결과와 본 연구의 해석 결과를 비교함으로써 해석 결과의 정확도를 검증하였다. 로터의 하중은 허브 중심을 원점으로 하는 고정된 3축 좌표계에 대해서 힘과 모멘트로 표현되는 6분력 하중으로 나타내었다. 따라서 이 결과는 풍력터빈 시스템의 동적 거동 해석과 로터에서 발생되는 전도 모멘트를 견디기 위해 필요한 지지 구조물의 기초하중 자료로 적용할 수 있다.