Design Improvement on Wind Turbine Blade of Medium Scale HAWT by Considering IEC 1400-1 Specification

IEC1400-1 규격을 고려한 중형 수평축 풍력발전용 회전날개의 설계개선 연구

Because the previous design procedure for the composite wind turbine blade structure using trial and error method takes long time, a improved design procedure by using the program based on classical laminate theory was proposed to reduce the inefficient element. According to the improved design procedure, limitation of strains, stresses and displacements specified by international standard specification IEC1400-1 for the composite wind turbine blade were applied to sizing the structural configuration by using the rule of mixture and the principal stress design technique with a simplified turbine blade. Structural safety for strength and buckling stability was confirmed by the developed analysis program based on the laminate theory to minimize the design procedure. After modifying the preliminary design result with additional structural components such as skin, foam sandwich and mounting joints, stresses, strains, displacements, natural frequency, buckling load and fatigue life were analyzed by the finite element method. Finally these results were confirmed by comparing with IEC1400-1 specification.

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.