• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.33.1-33.1
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• 2011

풍력발전기가 점차 대형화되어가는 추세에 따라 블레이드 역시 점차 길어지고 무거워지는 경향을 보이고 있다. 이는 블레이드뿐만 아니라 풍력발전기 시스템 전체의 하중 및 비용의 증가를 불러오게 되므로, 시스템의 성능 및 하중에 가장 큰 영향을 끼치는 블레이드의 공력특성에 대한 연구가 전 세계적으로 지속되고 있다. 그 중에서도 특히 작동 중 오염에 의한 블레이드 표면 거칠기 변화는 블레이드의 공력특성을 변화시켜, 발전기 전체의 성능뿐만 아니라 전체 하중에도 영향을 끼치는 주요 인자이다. 따라서 풍력발전기 블레이드 설계 시에 예측된 설계하중과 실제 운용 환경에 의해 변화된 운용하중 간의 차이를 예측할 수 있다면, 블레이드 설계 시에 표면 거칠기 변화에 따른 영향을 고려함으로써 실제 운용 환경에 맞는 최적의 블레이드 및 풍력발전기 시스템 설계를 수행할 수 있다. 본 연구에서는 블레이드의 표면 거칠기 변화에 따라 풍력발전기 하중이 어떻게 영향을 받는지에 대하여 분석하였다. 이를 위하여 표면 거칠기 민감도를 고려하지 않고 설계된 기준 블레이드와, 운용 중 표면 거칠기가 변화된 블레이드의 2개 모델에 대한 하중해석을 수행하고 그 결과를 비교하였다. 보다 실제적인 해석을 위해 Multi-MW 급 풍력발전기 시스템 모델을 대상으로 최적 설계된 블레이드를 기준 모델로 삼았다. 하중계산방법은 IEC 및 GL 2010 가이드라인을 참고하였으며, 일부 주요 극한하중 상황에 대하여 해석을 수행하여 설계하중상황(design load case, DLC) 별로 하중의 증감 및 경향을 비교하였다.

• 동력기계공학회지
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• 제14권5호
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• pp.17-23
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• 2010

In recent, the capacity of a commercial wind power has reached the range of 6 MW, with large plants being built world-wide on land and offshore. The rotor blades and the nacelle are exposed to external loads. Wind power system concepts are reviewed, and loadings by wind and gravity as important factors for the mechanical performance of the materials are considered. So, the mechanical properties of fiber composite materials are discussed. Plain woven fabrics Carbon Fiber Reinforced Plastics (CFRP) are advanced materials which combine the characteristics of the light weight, high stiffness, strength and chemical stability. However, Plain woven CFRP composite have a lot of problems, especially delamination, compared with common materials. Therefore, the aim of this work is to estimate the mechanical properties using the tensile specimen and to evaluate strain using the CNF specimen on plain woven CFRP composites. For the strain, we tried to apply to plain woven CFRP using Digital Image Correlation (DIC) method and strain gauge. DIC method can evaluate a strain change so it can predict a location of fracture.

• 한국기계가공학회지
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• 제19권11호
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• pp.78-86
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• 2020

A stress analysis was performed to verify the stability of the digging part of a garlic harvester. A finite element analysis was performed to examine the distribution and concentrated loads on the digging part of the blade and contact plate. Moreover, the stability and maximum deformation of the digging part were determined. Under a distributed load, the maximum principal stress, total deformation, and minimum safety factor ranged from 64-128 MPa, 0.35-0.70 mm, and 2.9-5.7, respectively. The analysis results for the distribution load indicated that the maximum stress occurred at the center of the blade. In contrast, under the concentrated load, the maximum principal stress, total deformation, and minimum safety factor ranged from 66-247 MPa, 0.35-0.79 mm, 1.48-5.53, respectively. The analysis results for the concentrated load indicated that stress and deformation were larger toward the edge and center, respectively.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권5호
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• pp.487-495
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• 2012

요 제어는 풍력 터빈의 전력 생산과 구조물의 기계적인 하중 발생에 밀접한 관계를 갖고 있다. 풍력 터빈으로 불어오는 바람의 방향과 나셀(nacelle)의 방향이 일치하지 않을 경우 발생하는 요 오차에 의하여, 풍력 터빈의 에너지 회수 효율이 감소하고, 블레이드(blade)에는 비대칭/불평형 하중이 증가하게 된다. 따라서, 요 오차를 감소시키기 위한 요 제어 시스템은 풍력 터빈의 중요한 서브 시스템 중에 하나이다. 그러나, 요 운동은 요 축 주위에 발생하는 여러 하중들에 의하여, 그 운동의 빠르기가 제약을 받게 된다. 본 논문에서는 기본적인 요 시스템의 원리에 대하여 간략히 살펴보고, 요 운동에 의하여 회전 날개에 발생된 기계적 하중이 어떻게 요 축 주위의 하중들로 전파되는 지, 또한 이러한 하중들의 특성은 무엇인 지에 대하여 살펴보았다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권5호
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• pp.611-617
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• 2010

터빈 블레이드와 같은 시스템의 피로수명은 형상 설계변수의 변화에 따라 비선형적으로 복잡하게 나타난다. 방대한 계산시간이 요구되는 이러한 시스템의 CAE 기반 파라메트릭 설계최적화 문제에 근사기법인 크리깅 메타모델 방법이 활용되고 있다. 본 연구에서는 터빈 블레이드의 피로수명을 향상시키기 위하여, 설계변수 변화에 따른 피로수명의 비선형성을 고려함은 물론 직교성과 균형성을 모두 만족하는 다 수준 전산 실험계획법을 수행하여 크리깅 메타모델을 구축하였다. 크리깅 메타모델로부터 만족도 함수를 적용하여 피로 수명을 최적화하였고, 몬테카를로 모의실험법을 적용한 식스시그마 최적설계를 수행하여 피로수명의 결함률을 향상시킨 최적해의 강건성을 확보하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제15권4호
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• pp.345-355
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• 2014

This paper focuses on aerodynamic and inertial modeling of the propeller for its applications in flight dynamics analyses of a propeller-driven airplane. Unsteady aerodynamic and inertial loads generated by the propeller are formulated using the blade element method, where the local velocity and acceleration vectors for each blade element are obtained from exact kinematic relations for general maneuvering conditions. Vortex theory is applied to obtain the flow velocities induced by the propeller wake, which are used in the computation of the aerodynamic forces and moments generated by the propeller and other aerodynamic surfaces. The vortex lattice method is adopted to obtain the induced velocity over the wing and empennage components and the related influence coefficients are computed, taking into account the propeller induced velocities by tracing the wake trajectory trailing from each of the propeller blades. Aerodynamic forces and moments of the fuselage and other aerodynamic surfaces are computed by using the wind tunnel database and applying strip theory to incorporate viscous flow effects. The propeller models proposed in this paper are applied to predict isolated propeller performances under steady flight conditions. Trimmed level forward and turn flights are analyzed to investigate the effects of the propeller on the flight characteristics of a propeller-driven light-sports airplane. Flight test results for a series of maneuvering flights using a scaled model are employed to run the flight dynamic analysis program for the proposed propeller models. The simulations are compared with the flight test results to validate the usefulness of the approach. The resultant good correlations between the two data sets shows the propeller models proposed in this paper can predict flight characteristics with good accuracy.

• 한국태양에너지학회 논문집
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• 제32권5호
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• pp.31-40
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• 2012

This paper introduces a methodology for NREL 5MW wind turbine, which is the variable speed and variable pitch(VSVP) control system. This control strategy maximizes the power extraction capability from the wind in the low wind speed region and regulates the wind turbine power as the rated one for the high wind speed region. Also, pitch control efficiency is raised by using pitch scheduling.Torque schedule is made of torque table depending on the rotor speed. Torque control is used for vertical region in a torque-rotor speed chart. In addition to these, mechanical loads reduction using a drive train damper and exclusion zone on a torque schedule is tried. The NREL 5MW wind turbine control strategy is comprised by the generator torque and blade pitch control. Finally, proposed control system is verified through GH Bladed simulation.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제17권11호
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• pp.1028-1036
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• 2007

A method for measurement and monitoring of mechanical loads in large slender structures such as wind turbine blade and tower is presented based on continuous strain data obtained from distributed fiber optic sensor. An experimental study was carried out on an aluminum cantilever beam. A static load test was performed and the calculated moment from the distributed fiber optic sensor agree well with the actual applied moment. A series of damages was inflicted on the beam, and vibration tests were carried out for each damage case. The estimated natural frequencies from the distributed fiber optic sensor for each damage case are found to compare well with those from a conventional accelerometer and a numerical analysis based on an energy method.

• 한국항공우주학회지
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• 제44권5호
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• pp.399-406
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• 2016

대형 풍력터빈은 지상 전단 흐름 내에서 회전하면서 주기적인 유입속도의 변동 조건 하에 운용된다. 수직 전단흐름에 의해서 경계층 내의 유입 속도는 최고점에서 속도가 최대가 되고 최저점에서 속도가 최소가 된다. 이러한 공간적인 풍속 분포는 풍력터빈 로터의 허브와 저속회전축에서 6분력 하중에 대한 주기적인 진동을 야기한다. 본 연구에서는 수직 전단 흐름 효과를 무시한 균일 흐름장과 지상 전단 흐름효과를 고려한 두 가지 경우에 대한 공력 하중을 비교분석하였다. 계산 결과로부터 허브에서의 추력과 굽힘모멘트, LSS의 굽힘모멘트가 크게 변동하는 결과를 보여주었다. 따라서 지상 전단흐름 효과를 반영한 공력 해석이 피로 해석을 위해서 반드시 필요함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권10호
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• pp.1201-1206
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• 2013

풍력 발전 블레이드의 제조 및 운영 중에 발생하는 결함들은 블레이드의 수명과 안전성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 블레이드의 제조 과정에서는 박리, 기공, 주름, 모재 균열 등과 같은 결함이 발생한다. 본 연구에서는 이미지 상관 기법을 이용하여 변형률 분포를 확인함으로써 블레이드의 제조 과정에서 주로 나타나는 결함 중 하나인 기공 결함의 검출능을 조사하였다. $0^{\circ}/{\pm}45^{\circ}$의 섬유 방향을 가진 4 Ply 로 적층된 GFRP 복합재 시험편에 인공적인 기공 결함을 삽입하여 기공의 크기 및 위치에 따른 검출 의존성을 조사하였다. 기공의 크기는 지름 1, 2, 3 mm 이며, 기공의 위치는 시험편 표면으로부터 0.5, 1.0, 1.5 mm 깊이에 삽입하였다. 부하된 시험 하중은 최대 200 MPa 이며, 이미지 상관 기법을 통해 변형률 분포를 획득하여 지름 2, 3 mm의 기공과 깊이 0.5, 1.0 mm의 기공 결함을 검출할 수 있었다.