• 제목/요약/키워드: Blade loads

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운전부하에 따른 3차원 소형축류홴 날개표면에 작용하는 정압과 항력에 대한 대규모와 모사 (Large Eddy Simulation on the Drag and Static Pressure Acting on the Blade Surface of Three-Dimensional Small-Size Axial Fan with Different Operating Loads)

  • 김장권;오석형
    • 동력기계공학회지
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    • 제21권2호
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    • pp.57-63
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    • 2017
  • The large-eddy simulation(LES) was carried out to evaluate the drag and static pressure acting on the blade surface of a small-size axial fan(SSAF) under the condition of unsteady-state, incompressible fluid and three-dimensional coordination. The axial component of drag coefficient increases with the increase of operating load, but the radial components have negligible sizes regardless of operating loads. Otherwise, the static pressures acting on the blade surfaces of SSAF show different distributions around the operating point of D equivalent to the stall. Also, with the increase of operating load, the static pressures acting on the pressure and suction surfaces of blade concentrate at the tips and leading-edges as a whole.

고속 프로펠러 블레이드 정적 구조 설계 및 시험 (The Static Structural Design and Test of High Speed Propeller Blade)

  • 박현범;최원
    • 한국유체기계학회 논문집
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    • 제17권4호
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    • pp.11-18
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    • 2014
  • The recent high speed propeller with blade sweep is required to have high strength to get the thrust to fly at high speed. The high stiffness and strength carbon/epoxy composite material is used for the major structure and skin-spar-foam sandwich structural type is adopted for advantage in terms of the blade weight. As a design procedure for the present study, the structural design load is estimated through investigation on aerodynamic load and then flanges of spars from major bending loads and the skin from shear loads are sized using the netting rule and Rule of Mixture. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis is performed by finite element analysis code MSC. NASTRAN. It is found that current methodology of composite structure design is a valid method through the static structural test of prototype blade.

피로 수명을 고려한 중형 복합재 풍력터빈 블레이드의 구조설계 및 실험 평가 (Structural Design and Experimental Investigation of A Medium Scale Composite Wind Turbine Blade Considering Fatigue Life)

  • 공창덕;방조혁
    • 한국항공우주학회지
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    • 제31권3호
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    • pp.23-30
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    • 2003
  • 본 연구는 풍력발전 시스템에 관련된 IEC61400-1 국제규격 및 GL규격에 정의된 다양한 하중조건을 고려하였고, 이러한 하중들을 효과적으로 견딜 수 있는 특별한 복합재 구조형상을 제안하였다. 복합재 풍력터빈 블레이드 주고에 대한 평가를 위해 유한요소 구조해석을 수행하였다. 구조설꼐에서는 파라미터 분석 연구를 통해 블레이드 구조형상을 결정하였고, 대부분의 주요 설꼐 피라미터를 결정하였다. FEM을 이용한 응력해석결과를 검토하여 설계된 블레이드 구조는 어떠한 하중조건에 대해서도 안전함을 확인하였다. 뿐만 아니라, 본 연구에 의해 새롭게 고안된 삽입볼트를 사용한 허브 연결부의의 설계하중과 피로하중에 대한 안전성을 검토하였으며, 잘 알려진 S-N 선형 손상 이론, 하중 스펙트럼 및 Spera의 실험식에 의해 20년 이상의 피로수명을 갖도록 하였다. 몇 개의 집중하중으로 모사된 공력하중에 대한 실물 정적구조시험을 수행하였으며, 실험결과로부터 설계된 블레이드는 구조적으로 안전함을 확인하였다. 더욱이, 변위 및 응력, 중량, 무게중심 증의 측정된 결과는 해석결과와 일치함을 확인하였으며, 연구된 블레이드는 독일의 국제적 인증기관인 GL사의 인증을 획득하였다.

Validation of Loads Analysis for a Slowed Rotor at High Advance Ratios

  • Park, Jae-Sang
    • International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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    • 제18권3호
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    • pp.498-511
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    • 2017
  • This work conducts a validation study for loads analysis of the UH-60A slowed rotor at high advance ratios. The nonlinear flexible multibody dynamics analysis code, DYMORE II, is used with a freewake model for the rotorcraft comprehensive analysis. Wind tunnel test data of airloads and structural loads of a full-scale UH-60A slowed rotor are used for this validation study. This analysis predicts well the thrust reversal phenomenon at the advance ratio of 1.0. The section airloads such as normal forces and pitching moments and the oscillatory blade structural moments in this analysis are compared well or moderately with the measured data, although the higher harmonics components of blade torsion moments are not captured well. This validation study assesses the prediction accuracy and investigates the unique aeromechanics characteristics of a slowed rotor at high advance ratio.

공기 동역학 하중이 부유식 해상 풍력 발전기의 계류선 응답에 미치는 영향에 관한 연구 (A Study on Effect of Aerodynamic Loads on Mooring Line Responses of a Floating Offshore Wind Turbine)

  • 김형준;한승오;정준모
    • 대한조선학회논문집
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    • 제52권1호
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    • pp.43-51
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    • 2015
  • This paper presents effect of aerodynamic loads on mooring line responses of a floating offshore wind turbine. A Matlab code based on blade element momentum (BEM) theory is developed to consider aerodynamic loads acting on NREL 5MW wind turbine. The aerodynamic loads are coupled with time-domain hydrodynamic analyses using one-way interaction scheme of the wave and wind loads. A semi-submersible floating platform which is from Offshore Code Comparison Collaborative Continuation(OC4) DeepCWind platform is used with catenary mooring lines simply composed of studless chain links. Average values of mooring peak tensions obtained from aerodynamic load consideration are significantly increased compared to those from simple wind drag force consideration. Consideration of aerodynamic loads also yield larger tension ranges which can be important factor to reduce fatigue life of the mooring lines.

임피던스 기법을 이용한 풍력 블레이드 손상 모니터링 (Damage Monitoring for Wind Turbine Blade using Impedance Technique)

  • 허용학;김종일;홍성구
    • 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.

1MW급 풍력 터빈 블레이드의 허브 및 드라이브 트레인 공력 하중 해석 (Aerodynamic Load Analysis at Hub and Drive Train for 1MW HAWT Blade)

  • 조봉현;이창수;최성옥;유기완
    • 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.

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플랩 블레이드를 이용한 조류 터빈의 부하 저감에 대한 연구 (Study on Load Reduction of a Tidal Steam Turbine Using a Flapped Blade)

  • 정다솜;고진환
    • Ocean and Polar Research
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    • 제42권4호
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    • pp.293-301
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    • 2020
  • Blades of tidal stream turbines have to sustain many different loads during operation in the underwater environment, so securing their structural safety is a key issue. In this study, we focused on periodic loads due to wave orbital motion and propose a load reduction method with a blade design. The flap of an airplane wing is a well-known structure designed to increase lift, and it can also change the load distribution on the wing through deflection. For this reason, we adopted a passive flap structure for the load reduction and investigated its effectiveness by an analytical method based on the blade element moment theory. Flap torsional stiffness required for the design of the passive flap can be obtained by calculating the flap moment based on the analytic method. Comparison between a flapped and a fixed blade showed the effect of the flap on load reduction in a high amplitude wave condition.

An approximate method for aerodynamic optimization of horizontal axis wind turbine blades

  • Ying Zhang;Liang Li;Long Wang;Weidong Zhu;Yinghui Li;Jianqiang Wu
    • Wind and Structures
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    • 제38권5호
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    • pp.341-354
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    • 2024
  • This paper presents a theoretical method to deal with the aerodynamic performance and pitch optimization of the horizontal axis wind turbine blades at low wind speeds. By considering a blade element, the functional relationship among the angle of attack, pitch angle, rotational speed of the blade, and wind speed is derived in consideration of a quasi-steady aerodynamic model, and aerodynamic loads on the blade element are then obtained. The torque and torque coefficient of the blade are derived by using integration. A polynomial approximation is applied to functions of the lift and drag coefficients for the symmetric and asymmetric airfoils respectively, where specific expressions of aerodynamic loads as functions of the angle of attack (which is a function of pitch angle) are obtained. The pitch optimization problem is investigated by considering the maximum value problem of the instantaneous torque of a blade as a function of pitch angle. Dynamic pitch laws for HAWT blades with either symmetric or asymmetric airfoils are derived. Influences of parameters including inflow ratio, rotational speed, azimuth, and wind speed on torque coefficient and optimal pith angle are discussed.

수평축 풍력터빈의 공력 하중 비교 (I): 난류 유입 유·무 (Comparison of Aerodynamic Loads for Horizontal Axis Wind Turbine (I): with and without Turbulent Inflow)

  • 김진;강승희;유기완
    • 한국항공우주학회지
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    • 제44권5호
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    • pp.391-398
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    • 2016
  • 본 연구에서는 난류 유입조건을 갖는 수평축 풍력터빈 블레이드의 공력 하중에 대해 초점을 맞추어 연구하였다. 난류모델은 풍속과 방향에 대한 변동을 포함하며, 그 특성은 난류 강도와 표준편차로 표현된다. IEC61400-1에서는 정상 난류 모델과 정상 풍속 측면도에 대해서 피로해석을 수행하도록 규정하고 있다. 이를 위해 공력 최적설계 절차를 통해 얻어낸 MW급 수평축 풍력터빈 블레이드 허브와 저속 회전축에 대한 공력하중 해석을 수행한다. 공력하중 성분은 수치적인 절차를 통해 얻어내며 이를 블레이드 회전 특성을 고려하여 해석적으로 검토하였다. 난류 조건을 고려했을 때의 최대 추력과 토크의 변동치는 난류 조건을 고려하지 않았을 때의 값들에 비해 5~8 배 더 큰 값을 보였다. 따라서 난류 조건을 반영한 하중 해석은 풍력터빈 블레이드의 구조설계에 있어서 필수적임을 확인하였다.