• 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.

• 한국안전학회지
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• 제29권5호
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• pp.15-21
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• 2014

The aim of this work is conduct the study on light weight and structural performance improvement of the composite wind power blade. GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) pre-empted by CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), the major material of wind power blade, was identified the superiority of mechanical performance through the tensile and fatigue test. SENT(Single Edge Notched Tension) specimen fracture test was conducted on the specimen that laminated together 2 ply CFRP with 4 ply GFRP through DIC(Digital Image Correlation) analysis. The SENT specimen thickness and $a_0/W$ ratio is 1.45 mm and 0.2, respectively. The fracture test accomplished with displacement control with 0.1 mm/min at the room temperature. The experimental apparatus used for the fracture test consisted of a 50kN universal dynamic tester and CCD camera connected to a personal computer (PC), which was used to record images of the specimen surface. Following data acquisition, the images and load-displacements were transferred to the PC, on which the DIC software was implement. The experiment and DIC analysis results show that CFRP/GFRP laminated composite exhibits improvement of the strength, compared with that of the existing blade material. This study shows the result that the strength of CFRP rotor blade of wind turbine satisfies through the experimental and DIC method.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.564-573
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• 2012

새롭게 제안된 공력 설계 절차와 In-house 프로그램을 이용하여 1 MW급 수평축풍력 터빈 블레이드의 형상을 결정하였고, 기존에 개발된 블레이드의 실험 결과와 본 연구에서 제안한 블레이드와의 비교를 통하여 공력 설계에 대한 타당성을 제시하였다. 블레이드의 구조 설계는 Netting Rule과 Rule of Mixture를 적용하여 설계를 진행하였다. 설계된 블레이드의 구조적 안전성은 상업적 유한요소프로그램인 MSC.NASTRAN을 사용하여 다양한 하중에 따라 선형 정적해석, 변형해석, 좌굴해석, 진동모드해석 등을 수행하였다. 최종적으로 Spera가 제시한 실험식을 적용하여 요구된 피로수명에 대해 타당성을 확인하였다.

• 항공우주기술
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• 제10권2호
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• pp.11-19
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• 2011

스마트무인기 로터 블레이드의 국산화 개발이 수행되었다. 국산화 개발은 원소재와 물성치가 가장 유사한 국내 생산 복합소재의 선정, 새로운 소재의 물성치 데이터 구축을 위한 쿠폰시험, 블레이드 단면 물성치의 재계산, 공진, 정적/피로 강도, 공탄성 안정성의 구조동역학 설계요구조건에 대한 검증 등을 포함하며, 그 결과에 대하여 기술하였다. 또한 본 논문에서는 스마트무인기 국산화 블레이드 개발과정에서 개선된 공정에 대하여 간략히 기술하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권7호
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• pp.539-547
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• 2021

회전익 항공기의 로터 블레이드는 공기역학, 구조적 유연성, 제어 가능성 등의 상호작용 효과를 고려한 설계가 필요하다. 역설계는 형상정보 및 실험결과를 통해 공통된 특성을 갖는 구성품을 설계할 때 유용하게 사용될 수 있다. 본 논문에서는 BO-105 헬리콥터의 복합재 로터 블레이드를 선정하여 공통된 특성을 갖도록 역설계하고자 하였다. 이를 위해 로터 블레이드를 여러 구간으로 나누어 복합재료가 단면에 따라 연속적으로 적층될 수 있도록 역설계를 수행하였다. 각 구간에 대해서는 variational asymptotic beam sectional analysis (VABS) 단면해석 프로그램을 사용하여 설계안의 플랩 방향, 래그 방향 및 비틀림 강성값이 실험 결과와 일정 수준 이하의 차이를 갖도록 하였다. 최종으로 CAMRAD II를 통해 특정 비행 조건에서 로터 블레이드에 작용하는 하중을 예측한 후 설계된 블레이드가 구조적으로 유효한지 확인하였다.

• 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.

• 한국추진공학회지
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• 제4권1호
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• pp.22-29
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• 2000

본 연구에서는 750㎾급 수평축 풍력발전용 복합재 회전날개를 설계, 제작하여 구조시험을 수행하였다. 시험시 발생된 후연부위의 국부좌굴과 날개 끝 부위에서 과도하게 증가하는 처짐문제를 해결하기 위하여 개선설계를 수행하였다. 설계개선 내용으로는 스파의 두께를 점차적으로 변화시켜 과도한 처짐을 감소시켰으며, 웨브의 길이를 연장하여 국부좌굴현상을 방지하도록 하였다 개선설계결과는 유한요소해석을 수행하였으며 회전날개 구조의 안전성 및 안정성이 확인되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권4호
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• pp.275-283
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• 2013

본 논문에서는 유전자 알고리즘을 이용한 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법에 대한 연구를 수행하였다. 반복적인 최적설계 계산을 위해 자동격자생성 프로그램을 개발하였으며, VABS를 이용해 로터 블레이드 단면에 대한 응력해석을 수행하였다. 로터 블레이드 최소질량을 목적함수로 정의하였으며, 응력 파손지수와 단면 질량중심 그리고 단위 길이 당 블레이드 최소질량을 구속조건으로 설정하였다. 최종적으로 본 논문의 복합재 로터 블레이드 단면 구조 최적설계방법을 통해서 스킨 적층각 및 스킨 두께 그리고 토션박스 두께, 토션박스 위치, 토션박스 폭과 같은 블레이드 단면 설계변수들이 결정되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권10호
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• pp.920-927
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• 2015

본 논문에서는 블레이드 해석 라이브러리를 통해 단면해석 및 응력복원 해석 결과를 VABS의 결과와 비교하였다. 강성 행렬로 연결된 1차원 보 모델을 가상일의 원리에 의해 계산된 에너지를 복원 이론에 기반한 차원 복원해석 과정을 통해 계산된 응력과 3차원 해석모델과 비교하였다. 블레이드 해석 라이브러리의 구성, 입력 및 출력 형태, 차원 축소와 복원을 통한 로터 블레이드의 구조해석 프로시져를 기술하고, 블레이드 해석 라이브러리의 검증은 고형모델, 박 벽 모델의 단면해석, 3차원 복합재료 유한요소 모델로 구성하여 VABS를 통하여 검증하였다. 차원 축소와 복원해석을 통하여 블레이드 해석 라이브러리는 복합재료 블레이드의 전후처리 프로그램와 연계되어 고고도 무인기, 로터 블레이드, 풍력 블레이드 및 틸트로터 블레이드의 모델링에 활용될 수 있을 것이다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권8호
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• pp.758-765
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• 2011

최근 화석 에너지의 고갈로 신재생 에너지 중에서 풍력 에너지가 각광받고 있다. 본 연구는 국내 기상과 같이 저 풍속 지역에 적합한 500W급 수직축 풍력 터빈에 관한 연구로서 공력 설계를 통해 저풍속에서도 고효율과 저소음을 가진 형상을 제시하였으며, 복합재료를 적용하여 블레이드의 구조 설계를 수행하였다. 구조 설계 후 유한 요소 모델링을 통하여 응력, 변형, 좌굴, 공진가능성에 관한 해석을 수행 하였다. 또한 피로 수명을 예측 하였으며, 최종 제작된 풍력 터빈은 구조 실험과 성능 시험을 통하여 구조 해석 결과 및 공력 해석 결과와 비교하여 잘 일치함을 확인하였다.