• 제목/요약/키워드: blade element theory

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비행 조건의 영향을 고려한 쿼드콥터형 무인비행체의 로터 공력 특성 예측 (Prediction for Rotor Aerodynamics of Quadcopter Type Unmanned Aerial Vehicle Considering Gust and Flight Conditions)

  • 박선후;은원종;신상준
    • 한국항공우주학회지
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    • 제46권10호
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    • pp.833-844
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    • 2018
  • 본 연구에서는 무인 회전익기의 종류인 쿼드콥터의 로터 블레이드에 대해 바람 및 비행 조건의 따른 공력특성을 예측하고자 한다. 돌풍 및 비행 조건들을 고려하기 위해 바람의 좌표계 변환 개념을 제시하였다. 강체 블레이드 플래핑 운동방정식을 고려한 깃 요소 및 운동량 이론을 이용해 개별 로터의 제자리, 전진, 상승 비행을 해석하였다. XFOIL을 사용하여 공력결과를 도출하였고, 개발된 BEMT를 이용하여 제자리 비행, 전진, 상승 조건의 검증을 수행했다. 또한 제자리 비행 실험 환경 구축 및 실험 결과와 개발된 BEMT의 비교 및 검증을 수행하였다.

200kW급 수평축 조류발전 터빈 블레이드 형상 최적설계 (Optimal Design of Blade Shape for 200-kW-Class Horizontal Axis Tidal Current Turbines)

  • 서지혜;이진학;박진순;이광수
    • 한국해양공학회지
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    • 제29권5호
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    • pp.366-372
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    • 2015
  • Ocean energy is one of the most promising renewable energy resources. In particular, South Korea is one of the countries where it is economically and technically feasible to develop tidal current power plants to use tidal current energy. In this study, based on the design code for HARP_Opt (Horizontal axis rotor performance optimizer) developed by NREL (National Renewable Energy Laboratory) in the United States, and applying the BEMT (Blade element momentum theory) and GA (Genetic algorithm), the optimal shape design and performance evaluation of the horizontal axis rotor for a 200-kW-class tidal current turbine were performed using different numbers of blades (two or three) and a pitch control method (variable pitch or fixed pitch). As a result, the VSFP (Variable Speed Fixed Pitch) turbine with three blades showed the best performance. However, the performances of four different cases did not show significant differences. Hence, it is necessary when selecting the final design to consider the structural integrity related to the fatigue, along with the economic feasibility of manufacturing the blades.

IEC1400-1 규격을 고려한 중형 수평축 풍력발전용 회전날개의 설계개선 연구 (Design Improvement on Wind Turbine Blade of Medium Scale HAWT by Considering IEC 1400-1 Specification)

  • 공창덕;정석훈;장병섭;방조혁
    • 한국추진공학회지
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    • 제4권3호
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    • pp.29-37
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    • 2000
  • 풍력 터빈회전날개의 설계시 구조적 형상을 결정하는 예비설계 단계에서 종전에는 여러 가지 다양한 경우의 설계를 수행하여 이중 적합한 경우를 채택하는 시행착오 방법은 많은 설계시간을 요하였으나, 본 연구에서는 이 같은 설계시의 비효율적 요소를 배제하고자 적층판 이론을 기초로 한 설계 프로그램을 이용하는 설계기법을 계발함으로서 설계절차를 개선하였다. 개선된 설계절차에 따라 국제표준 설계규격 IEC1400-1에서 규정한 각 경우의 하중해석과 응력, 변형율 및 변형한계를 설정한 후, 단순화한 복합재 회전날개 구조에 혼합법칙과 주 응력 설계기법을 이용하여 복합재 구조의 형상을 정하였다. 설계된 구조는 본 연구를 통해 개발된 적층판 이론을 기초로 한 프로그램을 이용하여 강도 및 좌굴에 대한 구조의 안정성을 확인하여 상세설계 과정시 소요되는 시간을 최소화하였다. 설계된 구조는 표피 등을 고려하여 수정 설계한 후 유한요소법을 이용하여 응력, 변형율, 변위, 고유 진동수, 좌굴안정성, 피로수명 등을 해석하여 국제 표준규격의 만족 여부를 확인하였다.

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소형풍력발전기용 블레이드 공력설계 프로그램 개발 (Development of an aerodynamic design program for a small wind turbine blade)

  • 윤진용;백인수;유능수
    • 한국태양에너지학회 논문집
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    • 제33권1호
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    • pp.40-47
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    • 2013
  • An aerodynamic design tool was developed for small wind turbine blades based on the blade element momentum theory. The lift and drag coefficients of blades that are needed for aerodynamic blade design were obtained in real time from the Xfoil program developed at University of Illinois. While running, the developed tool automatically accesses the Xfoil program, runs it with proper aerodynamic and airfoil properties, and finally obtains lift and drag coefficients. The obtained aerodynamic coefficients are then used to find out optimal twist angles and chord lengths of the airfoils. The developed tool was used to design a wind turbine blade using low Reynolds number airfoils, SG6040 and SG6043 to have its maximum power coefficient at a specified tip speed ratio. The performance of the blade was verified by a commercial code well known for its prediction accuracies.

Thermoelastic eigenfrequency of pre-twisted FG-sandwich straight/curved blades with rotational effect

  • Souvik S. Rathore;Vishesh R. Kar;Sanjay
    • Structural Engineering and Mechanics
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    • 제86권4호
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    • pp.519-533
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    • 2023
  • This work focuses on the dynamic analysis of thermal barrier coated straight and curved turbine blades modelled as functionally graded sandwich panel under thermal environment. The pre- twisted straight/curved blade model is considered to be fixed to the hub and, the complete assembly of the hub and blade are assumed to be rotating. The functionally graded sandwich composite blade is comprised of functionally graded face-sheet material and metal alloy core. The constituents' material properties are assumed to be temperature-dependent, however, the overall properties are evaluated using Voigt's micromechanical scheme in conjunction with the modified power-law functions. The blade model kinematics is based on the equivalent single-layer shear deformation theory. The equations of motion are derived using the extended Hamilton's principle by including the effect of centrifugal forces, and further solved via 2D- isoparametric finite element approximations. The mesh refinement and validation tests are performed to illustrate the stability and accurateness of the present model. In addition, frequency characteristics of the pre-twisted rotating sandwich blades are computed under thermal environment at various sets of parametric conditions such as twist angles, thickness ratios, aspect ratios, layer thickness ratios, volume fractions, rotational velocity and blade curvatures which can be further useful for designing the blade type structures under turbine operating conditions.

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.

곤충 모방 날갯짓 비행체의 안정적인 수직 이륙 비행 구현 (Demonstration of Stable Vertical Takeoff of an Insect-Mimicking Flapping-Wing System)

  • 판 호앙 부;트롱 쾅 트리;구옌 쿠옥 비엣;박훈철;변도영;구남서
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제18권2호
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    • pp.76-80
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    • 2012
  • This paper demonstrates how to implement inherent pitching stability in an insect-mimicking flapping-wing system for vertical takeoff. Design and fabrication of the insect-mimicking flapping-wing system is briefly described focusing on the recent modification. Force produced by the flapping-wing systems is estimated using the UBET (Unsteady Blade Element Theory) developed in the previous work. The estimation shows that the wing twist placed in the modified system can improve thrust production for about 10 %. The estimated thrust is compared with the measured thrust, which proves that the UBET provides fairly good estimations for the thrust produced by the flapping-wing systems. The vertical takeoff test shows that inherent pitching stability can be implemented in an insect-mimicking flapping-wing system by aligning the aerodynamic force center and center of gravity.

회전익기 통합해석프로그램을 위한 공력해석코드 개발 (Development of an Aerodynamic Performance Analysis Module for Rotorcraft Comprehensive Analysis Code)

  • 이준배;이재원;이관중;오세종;김덕관
    • 한국항공우주학회지
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    • 제37권3호
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    • pp.224-231
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    • 2009
  • 본 논문에서는 회전익기 통합해석프로그램개발의 일환으로 공력해석코드를 개발 및 검증하였다. 기본적인 공력하중은 익형 공력테이블을 이용한 깃요소이론을 기반으로 계산하였고, 로터의 유도 유입류를 계산하기 위해 선형유입류 모델, 동적유입류 모델, 지정후류모델, 자유후류 모델 등 여러 유입류 예측기법을 사용하였다. 각 모델의 특성을 파악하기 위해 Elliott 등의 유도 유입류 실험결과와 AH-1G 실험결과의 국소 수직력계수를 비교 및 검증하였다.

점탄성층을 갖는 비틀린 복합재판의 감쇠해석 (Damping Analysis of Pretwisted Composite Plates with Viscoelastic Layer)

  • 이덕규
    • 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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    • 한국전산구조공학회 2002년도 가을 학술발표회 논문집
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    • pp.39-44
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    • 2002
  • A three node triangular element with drilling rotations incorporating Improved Layerwise Zig-zag Theory(HZZT) is developed to analyze the vibration of spinning pretwisted composite blades with embedded damping layer. Matching conditions at the interfaces between the damping material and the border material are enforced by setting the shear forces matched and different shear strains along the interfaces. The natural frequencies and modal loss factors of cantilevered pretwisted composite blade with damping core are calculated with the present triangular element enforcing the matching conditions and compared to experimental results and MSC/NASTRAN results using a layered combination of plate and solid elements.

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지그재그이론을 이용한 유한요소개발 및 응용

  • 이덕규
    • 항공우주기술
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    • 제3권1호
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    • pp.257-266
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    • 2004
  • 고차 지그재그이론을 이용하여 면내회전 자유도를 갖는 3절점 삼각형요소를 개발하여 복합재 적층판의 층간 응력분포를 정확히 계산하였고 점탄성물질이 심어진 비틀린 복합재료 판의 진동을 해석하였다. 평면상에서 점탄성물질과 가장자리에서 박리현상을 방지하기 위하여 사용된 경계물질사이의 경계면상에서 전단력 적합조건이 사용되었다. 본 연구에서 개발된 지그재그 삼각형요소를 이용하여 점탄성물질이 심어진 비틀린 외팔보 복합재료판의 고유진동수와 감쇠계수를 계산하고 실험치 및 판과 고체요소를 혼합한 MSC/NASTRAN 결과치와 비교하였다.

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