• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제16권4호
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• pp.512-521
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• 2002

The flap-lag-torsion coupled aeroelastic behavior of a hingeless rotor blade with composite flexures in hovering flight has been investigated by using the finite element method. The quasisteady strip theory with dynamic inflow effects is used to obtain the aerodynamic loads acting on the blade. The governing differential equations of motion undergoing moderately large displacements and rotations are derived using the Hamilton's principle. The flexures used in the present model are composed of two composite plates which are rigidly attached together. The lead-lag flexure is located inboard of the flap flexure. A mixed warping model that combines the St. Versant torsion and the Vlasov torsion is developed to describe the twist behavior of the composite flexure. Numerical simulations are carried out to correlate the present results with experimental test data and also to identify the effects of structural couplings of the composite flexures on the aeroelastic stability of the blade. The prediction results agree well with other experimental data. The effects of elastic couplings such as pitch-flap, pitch-lag, and flap-lag couplings on the stability behavior of the composite blades are also investigated.

• 한국추진공학회지
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• 제5권1호
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• pp.76-81
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• 2001

A structural test of the wind turbine rotor blade is to evaluate the uncertainty of design due to selection of material, design concepts, production processes and so on, and their possible impacts on the structural integrity. In the full-scale static strength test, the measuring parameters are strain and displacements vs. loads, weight and the center of gravity. In order to simulate the aerodynamics load, the three-point loading method is applied. There is slight difference between the measured results and the predicted results for the reference fiber volume fraction of 60% . However, the agreement between the measured results and the predicted results with the actual fiber volume fraction of 52.5% is good. Even though a slightly non-linearity from 80% loading to 100% loading exists, a linear static solution is sufficient for the design purpose due to te small amount of non-linearity. Comparison between measured and predicted strain results at the maximum thickness positions of the blade profile for 0.236R(5.56m), 0.493R(11.59m) and 0.574R(13.43m), under 20%, 40%, 60%, 80% and 100% loadings for the upper part of the blade. The predicted values are in good agreement with the measured values.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권5호
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• pp.364-370
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• 2019

본 연구에서는 능동적인 블레이드 제어기법인 개별 블레이드 제어(Individual Blade Control, IBC) 기법을 적용하여 고속비행 시 동축반전 회전익기의 허브 진동하중을 억제하기 위한 최적 제어입력을 탐색하였다. 통합 공탄성 해석 프로그램인 CAMRAD II를 이용하여 동축반전 회전익기인 XH-59A를 모델링하고 다양한 IBC 입력 조건에 대하여 파라미터 연구를 수행하였다. 파라미터 조절 연구를 통하여 허브 진동억제 성능을 구한 결과, 3/rev 가진 주파수의 $0.5^{\circ}$ 진폭에 $300^{\circ}$ 위상각을 갖는 IBC 제어 입력을 적용할 경우 기준 대비 진동 수준이 최대 50% 감소하는 것을 확인하였다. 진동 억제 성능은 후류 간섭에서 보다 자유로운 상부로터에서 6% 가량 하부로터보다 크게 나타났다. 로터의 전진면에서만 IBC 입력를 가진하는 경우에는 조화 가진 입력과 동일한 입력을 가할 경우 진동 수준이 최대 17% 정도 추가적으로 감소하는 것을 확인하였다. 이러한 진동 감소는 전진면만을 대상으로 적은 에너지 투입 비용으로 달성한 특징이 있다.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제24권4호
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• pp.27-33
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• 2004

Mechanical load measurements on blade and tower of Vestas 100 kW wind turbine has been reformed in Wollyong test site, Jeju island. The experimental procedure for the measurement of wind turbine loads, such as edgewise(lead-lag) bending moment, flapwise bending moment, and tower base bending moment, has been established. The test facilities consisting of strain-gauges, telemetry and T-Mon system are installed in the wind turbine. Strain gauges are on-site calibrated against load cell prior to monitoring the wind turbine loads. Using the test setup, the loads on the components are being measured and analysed for various external conditions of the wind turbine. A set of results for near rated wind speed has been presented in this paper.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2008년도 추계학술대회B
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• pp.2880-2885
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• 2008

Design lifttime of a wind turbine is required to be at least 20 years. In the meantime, the wind turbine will experience a lot of load cases such as extreme loads and fatigue loads which will include several typhoons per year and extreme gusts with 50 years recurrence period as well as endless turbulence flow. Therefore, IEC61400-1 specifies design load cases to be considered in the wind turbine design and requires the wind turbine to withstand the load cases in various operational situations. This paper investigates the ultimate loads which the wind turbine will experience for 20 years and their characteristics based on the IEC61400-1 using an aero-elastic software, GH-Blade. And the performance characteristics of a wind turbine such as electrical power generation and annual energy yield are also investigated.

• 대한기계학회논문집A
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• 제40권4호
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• pp.407-414
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• 2016

풍력터빈이 MW급으로 대형화되면서 블레이드의 길이가 40미터 이상으로 길어지게 되어, 로터 블레이드가 회전할 때 블레이드에 발생하는 비대칭하중이 증가하게 되었다. 윈드쉬어, 타워 섀도우, 난류풍속 같은 요소들은 블레이드에 이런 비대칭하중 발생에 영향을 미친다. 본 논문은 원드쉬어로 인해 블레이드에 발생하는 추력변동에 의한 동하중을 추력계수를 이용하여 모델링하는 방법에 관한 것이다. 이를 위하여 "윈드쉬어 추력변동 계수"를 정의 및 도입하고, 2MW 육상용 풍력터빈을 대상으로 정격이하의 풍속에서 윈드쉬어 추력변동 계수값을 구하여 분석한다. 구해진 "윈드쉬어 추력변동 계수"와 추력계수를 이용하여 Matlab/Simulink에서 윈드쉬어 동하중 모델을 구현하고, 윈드쉬어에 의해 세 블레이드에 작용하는 추력변동을 추력계수와 "윈드쉬어 추력변동 계수"를 동시에 이용하여 표현할 수 있음을 보인다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권1호
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• pp.72-78
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• 2008

본 연구에서는 블레이드 구조 변형 효과를 고려하여 스테이터-로터 상호간섭 케스케이드 모델의 성능평가를 위한 유체-구조 연계해석 시스템을 개발하였다. 고정된 스테이터와 회전하는 로터는 상호간섭 영향이 유동해석에 고려되었으며, 레이놀즈-평균화 난류 방정식인 Spalart-Allmaras 모델과 k-ω SST 난류 모델이 압축성 유동박리 효과를 고려한 유동하중을 예측하기 위해 적용되었다. 정적인 유체-구조 연계해석과 수렴율 증진을 효과적으로 수행하기 위하여 큰 인공 감쇠를 가지는 연계 Newmark 시간적분 기법을 적용하였다. 수치실험을 통해 탄성축 위치에 따른 구조변형 효과가 케스케이드 성능에 미치는 영향을 파악하였다. 구조변형 효과가 고려된 경우 일반적인 강체 블레이드 모델에 대한 성능예측 결과와 다소 차이가 유발될 수 있음을 보였으며 공력탄성학적 영향을 고찰하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권4호
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• pp.336-343
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• 2014

깃끝단 후퇴각을 가지는 현대 터보프롭 항공기의 최신 프로펠러는 고속으로 비행할 수 있는 추력을 얻기 위해 구조적으로 높은 강도가 요구된다. 본 연구에서는 프로펠러 구조 설계 시 고강도 및 고강성의 특성을 지닌 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화를 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형태를 채택하였다. 구조 설계를 위한 구조 하중은 블레이드에 작용하는 공력하중을 분석하여 결정하였으며, 스파 플렌지는 굽힘 하중을 담당하고 스킨은 전단 하중을 담당하도록 복합재료 설계 개념을 반영하였다. 구조 안전성을 평가하기 위하여 상용 유한 요소 해석 코드인 나스트란을 활용하여 구조 해석을 수행하였다. 시제품 블레이드의 구조 시험을 통하여 적용된 구조설계 방법론이 적절함을 확인하였다.

• Wind and Structures
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• 제20권5호
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• pp.609-622
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• 2015

This study presents a dynamic response analysis of operational and parked wind turbines in order to gain better understanding of the roles of wind loads on turbine blades and tower in the generation of turbine response. The results show that the wind load on the tower has a negligible effect on the blade responses of both operational and parked turbines. Its effect on the tower response is also negligible for operational turbine, but is significant for parked turbine. The tower extreme responses due to the wind loads on blades and tower of parked turbine can be estimated separately and then combined for the estimation of total tower extreme response. In current wind turbine design practice, the tower extreme response due to the wind loads on blades is often represented as a static response under an equivalent static load in terms of a concentrated force and a moment at the tower top. This study presents an improved equivalent static load model with additional distributed inertial force on tower, and introduces the square-root-of-sum-square combination rule, which is shown to provide a better prediction of tower extreme response.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제33권1호
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• pp.7-14
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• 2013

This study has analysed the ultimate loads acting on a wind turbine which is operating in a high turbulent flow condition because the ultimate loads are critical factors on the safe design of wind turbine. Since wind flow on the most parts of Korean mountainous are strongly influenced by complex configurations of the topography, turbulence intensity on somewhere is so stronger than an international design standard. For this reason, the characteristics of turbulent wind data collected from actual sites were analyzed and used for the ultimate load evaluation of the wind turbine. With the 270 design load cases on the international standards, the differences of ultimate loads on the wind turbine operating in the standard or high turbulent wind condition are calculated and compared for the an enhanced knowledge of the safe design basis. As are result, it is revealed the specific ultimate loads are strongly affected by the high turbulent wind conditions, thus the characteristics of turbulent flow must be considered during the design of wind turbine.