• 항공우주시스템공학회지
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• 제2권1호
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• pp.7-12
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• 2008

The three-dimensional finite element modeling of a composite rotor blade is very hard and requires much computation effort. The efficient method to model a composite beam is necessary for the dynamic and aeroelastic analyses of rotor blades. In this study, the beam modeling method of a composite rotor blade is studied using VABS. The computer program, VABS (Variational Asymptotic Beam Section Analysis), uses the variational asymptotic method to split a 3-D nonlinear elasticity problem into 2-D cross-sectional analysis and 1-D nonlinear beam problem. The VABS can produce the sectional stiffness coefficients of composite rotor blades with various cross section and initial twist/curvatures, and recover the original 3-D distribution of displacement/strain/stress fields. The results of various cross section beams show that VABS gives us the accurate results comparared to commercial codes and does not need much computation effort. It can be concluded that VABS provides the efficient method to establish the FE model of a composite rotor blade.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제15권2호
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• pp.63-68
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• 2012

This paper deals with the aerodynamic analysis and structural test under estimated loading condition for small composite blade, which is utilized in dual rotor wind turbine system. Firstly, the front and rear blades of dual rotor wind turbine system were modeled using reverse engineering method. And using finite volume method, the aerodynamic forces were analyzed at the rated and cutout wind speed to identify the pressure distribution on blades. And then, the full scale structural tests were conducted according to load and strength based methodology in IEC 61400-2 to identify the structural integrity of composite blade.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권2호
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• pp.98-105
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• 2005

본 논문은 복합재 패들형 블레이드를 장착한 무힌지 허브 시스템의 정지 및 전진 비행시 공력탄성학적 안정성 시험에 대한 것이다. 블레이드와 허브 flexure의 리드래그 감쇠비를 측정하기 위해 무힌지 허브시스템을 한국항공우주연구원의 GSRTS(General Small-scaled Rotor Test System)에 장착하여 가진 시험을 실시하였다. 리드래그 모드의 감쇠비를 산출하기 위해 MBA(Moving Block Analysis)기법을 사용하였다. 먼저 금속재 flexrue를 장착하여 시험을 수행한 후, 로터시스템의 동력학적 특성이 같도록 설계된 복합재 flexure를 장착하여 시험하였다. 시험은 정지 및 전진비행 조건에 따라 지상 및 풍동에서 수행하였다. 비회전 시험을 통해 복합재 flexure의 감쇠특성이 금속재보다 향상됨을 확인하였으며, 모든 시험 조건에 대해 복합재 flexure가 금속재보다 무힌지 허브시스템에 대한 공력탄성학적 안정성이 향상됨을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1275-1282
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• 2012

헬리콥터 로터 시스템은 동적인 하중이 부가되는 구조물로서 복합재료로 제작된 주로터 및 꼬리로터 블레이드를 포함하고 있으며, 복합재료의 피로특성은 내구성과 신뢰성이 우수한 로터 블레이드를 설계하고 제작하기 위해 매우 중요한 요소라 할 수 있다. 최근까지 안전수명 개념을 기반으로 동적인 하중이 부가되는 복합재 구성품의 피로수명을 평가해왔으나, 제작공정 중 발생 가능한 결함과 운용 중 외부물체의 충돌로 인한 강도저하 현상을 적합하게 고려할 수 없는 단점이 있었다. 손상허용 개념을 통해 이와 같은 단점들은 극복할 수 있으나, 현재까지 효율적이며 경제적으로 적용할 수 있는 방법이 제시되지 못하고 있다. 내결함 안전수명 개념은 손상허용 개념과 마찬가지로 결함과 손상의 영향을 고려할 수 있으며, 민수 또는 군용헬기에 대해 적용이 가능하다. 따라서 본 논문에서는 결함과 손상이 적용된 복합재 로터 블레이드에 대해 내결함 안전수명 개념을 이용하여 피로시험을 수행하는 방법과 시험데이터를 이용한 피로수명 평가 절차를 제시하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권12호
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• pp.1599-1606
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• 2011

축소화된 사각형 및 패들형 블레이드, 금속재 및 복합재 허브와 같은 물리적인 축소형 형상의 변화에 따른 실물크기 무힌지 로터의 하중특성에 대하여 연구하였다. 이를 위하여 축소형 로터 모델을 활용한 정적시험, 지상 및 풍동시험을 수행하였다. 정적시험은 구조강성 및 관성특성, 고유진동수 및 감쇄율을 확인하기 위해 수행하였으며, 지상 및 풍동시험은 정지 및 전진 비행조건에서 안정성 및 공력특성을 확인하기 위해 수행하였다. 시험결과에 따르면, 동일한 조건에서 축소형 복합재 허브와 패들형 블레이드를 결합한 경우가 수직하중이 더 높았다. 축소형 복합재 허브와 패들형 블레이드가 결합된 형태가 금속재 허브의 결합된 형태보다 패들형 블레이드의 운동을 더 유연하게 구속하고 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권7호
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• pp.634-641
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• 2009

본 연구에서는 개별 블레이드의 복합재료 물성의 불확실성에 의해 발생하는 허브 진동하중의 특성에 대해 고찰하였다. 몬테-카를로 시뮬레이션 기법을 적용하여 시험에서 얻은 복합재료의 기계적 특성으로부터 블레이드의 단면 강성계수에 대한 확률적 분포를 구하였다. 단면 강성계수의 평균 및 표준편차 값을 이용하여 통합 공탄성 해석 코드의 입력 파일을 생성하고, 이로부터 허브 작용 하중을 구하였다. 복합재료 블레이드의 불확실성 효과는 필연적으로 로터 시스템의 상이성을 야기함을 보였다. 또한 개별 강성계수의 변화에 대한 허브 진동 응답의 특성을 확인하였다.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.340-346
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• 2022

본 연구에서는 복합재료 블레이드에 대한 최적 구조설계 프레임워크를 구성하고, 이를 헬리콥터 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행하였다. 단면 형상의 경우 C형 및 D형 스파를 선택할 수 있게 구성하였으며, 최적설계 프레임워크는 유전자 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 결합한 PSGA를 활용하였다. 단면의 기하학적 모델링은 B-spline을 이용하여 구현하였고, 유한요소 모델 생성 프로그램 Gmsh를 통해 단면 유한요소모델을 만든 뒤 단면 해석 프로그램인 Ksec2D를 사용하여 구조해석 결과를 도출하였다. 본 최적설계 프레임워크를 HART II 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행한 결과, C형 스파 모델은 기준 형상 대비 무게 7.39%, D형 스파 모델은 6.65% 감소하였으며, 이때 전단중심은 모두 공력중심과 인접한(5% 이내) 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 일반적인 헬리콥터 블레이드의 단면에 적용할 수 있는 최적 구조설계 프레임워크의 유효성을 확인하였다.

• 한국신뢰성학회지:신뢰성응용연구
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• 제17권3호
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• pp.236-245
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• 2017

Purpose: There is no established inspection system for composite wind blade during the fabrication stage even though the blades are one of the most important part at wind generation system, but phased array ultrasonic testing method has been continuously studied about wind turbine blade with composite. When wind turbine blade with complex shape by phased array probe is inspected, it is necessary to study for system keeping constant pressure using pressure device. Methods: In this paper, we propose constant pressure device for inspecting wind turbine blade by phased array ultrasonic test method. Design of the device controller is based on Hunt-Crossley model. We evaluate reliability of phased array ultrasonic inspection result that applicated constant pressure device. Result: Defect indication is precise and its error is small when constant pressure mechanism based on Hunt-Crossley model was used. Conclusion: When inspection is progressed using constant pressure mechanism, the reliability of composite wind blade inspection can be improved.

• International Journal of Control, Automation, and Systems
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• 제5권1호
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• pp.24-34
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• 2007

Closed-loop active twist control of integral helicopter rotor blades is investigated in this paper for reducing hub vibration induced in forward flight. A four-bladed fully articulated integral twist-actuated rotor system has been designed and tested successfully in wind tunnel in open-loop actuation. The integral twist deformation of the blades is generated using active fiber composite actuators embedded in the composite blade construction. An analytical framework is developed to examine integrally twisted helicopter blades and their aeroelastic behavior during different flight conditions. This aeroelastic model stems from a three-dimensional electroelastic beam formulation with geometrical-exactness, and is coupled with finite-state dynamic inflow aerodynamics. A system identification methodology that assumes a linear periodic system is adopted to estimate the harmonic transfer function of the rotor system. A vibration minimizing controller is designed based on this result, which implements a classical disturbance rejection algorithm with some modifications. Using the established analytical framework, the closed-loop controller is numerically simulated and the hub vibratory load reduction capability is demonstrated.

• 한국생산제조학회지
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• 제21권1호
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• pp.102-108
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• 2012

A study of terahertz waves (T-ray) was made for the nondestructive evaluation of FRP (Fiber reinforced plastics) composite materials. The to-be-used systems were time domain spectroscopy (TDS) and continuous wave (CW). The composite materials investigated include both turbine blades of wind energy (non-conducting polymeric composites) and conducting carbon fiber composites. Terahertz signals in the TDS mode resembles that of ultrasound; however, unlike ultrasound, a terahertz pulse was not able to detect a material with conductivity. This was demonstrated in CFRP (Carbon fiber reinforced plastics) laminates. Refractive index (n) was defined as one of mechanical properties; so a method was solved in order solve the "n" in the material with the cut parts of the turbine blades of wind energy. The defects and anomalies investigated by terahertz radiation were foreign material inclusions and simulated disband. Especially, it is found that the T-ray went through the turbine blade with greater thickness (about 90mm).