• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권4호
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• pp.30-35
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• 2017

본 연구에서는 자연섬유 복합재료를 적용하여 1kW급 수평축 소형 풍력 발전 시스템 블레이드의 제작과 구조 시험 연구를 수행하였다. 블레이드의 설계 요구 조건을 분석하여 공력 설계를 수행하였다. 공력 설계 이후 구조 설계 하중을 도출하고 블레이드의 구조 설계를 수행하였다. 블레이드의 구조 설계기법은 복합재료를 적용한 단순 설계 기법과 혼합 설계 기법을 적용하였다. 설계된 블레이드의 구조 안전성은 다양한 하중조건, 변위, 좌굴 등의 해석을 위해 유한요소기법으로 분석하였다. 최종 자연 섬유를 적용한 블레이들 제작하였으며, 구조 시험을 수행하였다.

• 한국전자통신학회논문지
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• 제7권1호
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• pp.81-89
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• 2012

범용적으로 사용되고 있는 수평형 풍력 터빈(HAWT)은 블레이드가 장착된 터빈이 회전부인 너셀에 고정되어 타워의 최상단에 지지되는 구조이다. 터빈에서 생산되는 전력은 너셀 내부에서 증속기를 통하여 발전기로 들어가게 된다. 발전기에서 생산되는 전력은 타워를 통해서 지상과 송전선으로 연결되므로 너셀의 요잉이 발생하는 경우 송전선의 꼬임이 발생하게 된다. 따라서 이를 방지하기 위한 슬립링이나 추가적인 요잉 제어 알고리즘이 필요한 단점이 있다. 제안하는 새로운 구조의 HAWT는 베벨기어와 중공축을 이용하여 송전선 문제를 해결하였다. 또한, 병렬로 접속된 두개의 발전기를 이용하여 요잉이 용이할 뿐 아니라 생산 전력을 분산시킴으로써 인버터의 용량을 줄일 수 있다. MPPT 알고리즘과 요잉 제어를 수행하는 시뮬레이션을 통해서 제안하는 구조가 풍력 발전에 효과적임을 보였다.

• 태양에너지
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• 제20권1호
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• pp.1-9
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• 2000

Wind turbine system converts wind energy into electric energy. Since the velocity of wind is random in nature, control of the angular velocity of the blade is necessary in order to generate high quality electric power. The control of a blade can be divided into a stall regulation and a pitch control types. The stall regulation type which is based on the characteristics of an aerodynamic stall of the blades is simple and cheap, but it suffers from fluctuation of the resulting power. Or the contrary, pitch control type is based on the fact that the torque of the blade can be changed by varying the pitch angle of the blade. It is mechanically and mathematically complicated, but the control performance is better than that of the stall regulation type. This paper suggests a method of denying a mathematical modeling of the wind turbine system, and develops a speed control algorithm by pitch control. The validity of the algorithm is demonstrated with the results produced through sets of simulation.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제13권2호
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• pp.105-111
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• 2010

조류발전용 HAT 임펠러 설계에 대한 성능 비교 연구를 통하여 설계 개선방향에 대하여 고찰해 보았다. 기존의 조류발전용 임펠러는 풍력에서 사용하고 있는 설계 개념을 그대로 사용하는 경향이 있으며 밀도 차이가 크고 풍력과는 다른 조류발전의 특성을 고려하여 새로이 설계된 임펠러와 기존의 임펠러를 비교하였다. 향후 계산에 의한 비교 뿐 아니라 실험 그리고 경사류등과 같은 특수한 경우에 대한 검증을 수행할 계획이다.

• Composites Research
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• 제25권2호
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• pp.54-61
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• 2012

본 연구에서 유리섬유/에폭시 복합재를 이용한 2 MW 풍력터빈 시스템 타워에 대한 특정 구조설계 절차가 하중 분석, 단계적 설계 변경 통한 최적 구조설계 및 해석을 통해 새로이 제안되었다. 최적 타워 설계는 풍력터빈 시스템 단가의 20% 이상을 차지하는 중요한 구조물 이다. 타워 구조 설계 시, 풍하중, 블레이드, 나셀, 타워 등에 의한 자중, 블레이드 공기 역학적 항력 등의 3가지 하중이 고려된다. 초기의 복합재 구조설계는 단순 설계기법과 혼합설계기법을 병용 하였다. 상용 유한요소 해석 프로그램인 MSC.NASTRAN/PATRAN을 통하여 구조적 안전성을 검토 하였다. 최종 제안한 타워 형상은 모든 설계 요구조건을 충족함을 확인하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제1권2호
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• pp.12-21
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• 1997

무공해 에너지원은 화석에너지의 고갈과 환경오염의 심각한 문제로 인하여 절실히 요구되고 있는 실정이다. 그중 풍력발전 시스템은 타 에너지원에 비해 여러 가지 측면에서 유리한 점을 가지고 있다. 본 연구에서는 500㎾급 풍력발전 시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력성능 및 구조성능을 가지는 회전날개 설계과정을 수행하였다. 공력설계는 운용지역의 풍황을 고려하여 회전날개의 외형을 결정하였고 이를 바탕으로 공력성능해석이 수행되었으며, 구조설계는 복합재료를 사용하여 쉘-스파 구조를 갖도록 설계하여 굽힘 및 비틀림 그리고 피로수명에 대한 구조해석이 수행되었다. 그 결과 4m/s의 미풍에서도 운용가능하며, 12m/s에서는 정격출력 500㎾를 생산할 수 있는 형상이 설계되었고, 또한 20년 이상의 피로수명이 확보되었으며, 공진 등의 동적인 문제도 발생하지 않음을 확인하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제36권2호
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• pp.267-275
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• 2012

본 논문은 정상풍속과 돌발풍속을 수학적으로 모델링하고 풍향에 따라 전달되는 메인축에서의 전달모멘트를 조사하여 기어박스에 전달되는 풍하중의 특성을 파악하였다. 정상풍속은 지상에서 고도가 높아짐에 따라 속도가 증가하게 설정을 하였다. 풍하중에 의해서 메인축으로 전달되는 모멘트의 평균값과 하모닉값을 풍향 입사각을 $-45^{\circ}{\sim}45^{\circ}$로 변화를 주며 특성을 파악하였다. 또한 기어 트레인의 미스 얼라인먼트를 유발시키는 굽힘 모멘트의 특성을 파악하였다. 정상풍속모델에서는 블레이드의 3배수 주파수(3X)로 하는 토크의 가진이 생기며, 바람의 방향이 $+22.5^{\circ}$일 때 수평방향의 굽힘 모멘트가 주축으로 들어가는 토크의 50%수준으로 발생하는데 이는 수평방향으로의 탄성 축 휘임을 유발하여 치가 모서리에서 물림이 발생하게 하는 원인을 제공함을 알 수 있었다. 돌발풍속의 경우, 3X, 6X, 9X를 가진 주파수로 하는 토크의 가진이 바람의 방향이 +방향으로 커질수록 하모닉항의 상대 비율이 증가하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.891-898
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• 2007

피치 제어형 수평축 풍력터빈에 대한 공력최적 설계 형상과 피치 변화에 따른 공력 성능 특성을 수치적으로 계산하였다. 수치적 방법은 날개 요소이론을 적용하였으며, Prandtl의 팁 손실 효과, 에어포일의 분포 효과, 후류의 회전 효과 등을 고려하였다. 블레이드 설계에는 총 6개의 서로 다른 에어포일을 사용하였으며, 구조적 강성을 갖기 위해서 허브 측에는 최대 40% 두께비의 에어포일을 분포시켰다. 최적 설계에서 얻어진 비선형 코드 길이는 제작성과 무게 등을 고려하여 선형화 시켰고, 선형화에 따른 공력성능 변화는 무시할만하다는 결과를 얻어내었다. 피치각 변화에 따른 동력성능, 추력성능, 토크 성능 곡선을 비교한 결과 $3^{\circ}$의 피치각 변화에도 민감한 공력 값의 변동이 생김을 알 수 있었고, 정밀한 피치 제어를 위한 각도 제어는 증분이 $3^{\circ}$보다 작은 값으로 피치 제어 알고리즘과 피치 구동 장치가 필요함을 알 수 있었다. 또한 최대 토크는 설계속도비보다 작은 속도비에서 발생되는 결과를 보여주었다.

• 대한기계학회논문집
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• 제14권5호
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• pp.1264-1271
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• 1990

본 연구에서는 회전 깃(rotor blade)을 폭 방향과 시위방향으로 많은 평면 페 널(panel)들로 나누어 이에 말굽쇠 형 화류(horseshoe vortex)를 분포시키는 양력면 (lifting surface)으로 대치하고 후류는 깃상의 순환(circulation)분포에 의해 그 크 기가 결정되는 와도(vorticity)를 와류격자로 대치하는 와류격자법(Vortex Lattice Method`VLM)을 사용하여 HAWT의 공기역학적 성능 예측을 시도하였다. 그리고 후류의 형상은 근 후류(near wake)와 원후류(far wake)로 나누어 근 후류는 깃의 후연(trail- ing edge)에서의 속도를 갖고 와선(vortex line)이 움직이게 하여 결정하였고 원 후류 는 반무한대 원형화류 실린더(semi-infinite circular vortex cylinder)로 취급하여 결정하였다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2010년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.72-73
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• 2010

In this paper, the main noise sources and its radiated noise levels of upwind horizontal-axis wind turbines are experimentally and theoretically investigated. Theoretical predictions for indentifying the dominant source locations are made by using the empirical noise prediction model of Brooks et al. (1989) for the airfoil self noise. Through the comparison of theoretical results with the experimental results, turbulence-boundary-layer-trailing-edge (TBL-TE) noise is revealed to be the dominant source over all frequency range and separation and stall (S-S) noise is possibly important in the relative lower frequency range compared with TBL-TE noise.