• 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.

• 한국항공우주학회지
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• 제49권1호
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• pp.53-61
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• 2021

본 논문은 고온 환경의 화력발전소 보일러 내부 점검용 드론 개발을 위한 선행연구로 AirSim을 이용한 고온 환경에서의 시뮬레이션을 통해 드론이 정상적인 비행이 가능한지 검증 하였다. 고온의 비행 환경에서는 공기 밀도, 점성계수 등이 상온과 달라 공력특성이 달라지며 이에 따라 드론의 비행성능 또한 달라진다. 따라서 온도 변화에 따른 프로펠러의 공력 특성의 변화를 확인하기 위해 JBLADE를 통한 프로펠러 해석과 추력 테스트, 전기추진계통 성능예측모델을 통한 동작특성예측을 수행하였다. 그리고 해석 및 성능예측 결과를 AirSim에 적용해 시뮬레이션을 진행하고 결과 분석을 통해 기체 재설계를 진행하였다. 재설계 결과 80℃의 환경에서 호버링 시 필요한 추력을 얻기 위해 재설계 전 최대 출력의 약 65% 사용하던 것이 52%로 감소함을 확인하였다.

• 항공우주기술
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• 제12권2호
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• pp.230-240
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• 2013

오로지 인간의 동력만을 이용하여 비행하는 것을 목표로 하는 인간동력 항공기에는 다양한 역학적인 도전요소가 다분하다. 엔진과 비교하여 매우 낮은 동력을 사용하는 인간동력 항공기는 중량과 재료, 공력과 구조 분야의 분석 등이 고려되어야 한다. 또한 항공기가 매우 낮은 속도에서 비행하므로 저속비행에서의 공력 특성을 파악하여야 한다. 서울대학교 인간동력 항공기에서는 이러한 요소들을 만족시키기 위하여 기존의 인간동력 항공기의 비교와 더불어 역학적인 분석을 통하여 설계변수들을 계산하고 설계를 제안하였다. 더불어 복합재를 사용하여 실재 인간동력항공기를 제작하는데 필요한 절차에 대하여 논의하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제32권3호
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• pp.74-81
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• 2004

복합재 주익을 실험용 경항공기급에 적용하기 위하여, 복합재료의 특성과 제작공정을 고려한 일련의 기본 설계와 해석과정을 보이고 그 결과를 수록하였다. Schrenk 방식 (NACA TM No. 948) 과 FAR part 23 Appendix A의 근사방법을 이용하여 공력하중해석을 수행하였으며, 이에 의거한 구조하중 조건을 만족함과 동시에 복합재 구조의 장점을 반영할 수 있도록 주요 부재를 배치하였다. 제작공정과 동일한 조건에서 성형된 시편들에 대해 실험을 수행하여 선정재료의 설계기준치를 확보하였고, 단순화된 상자형 날개보에 대해 최대 변형 률 파괴기준식을 적용하여 구조의 안전도를 평가하였다.

• 한국정밀공학회지
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• 제30권10호
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• pp.1061-1068
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• 2013

In this research, the design optimization of a composite sandwich has been performed for using as an airplane wing skin. Automated analysis framework for aero-structure interaction is used for calculating load data on the wing. For automated analysis framework, FLUENT is used for computational fluid dynamics (CFD) analysis. CFD mesh is generated automatically by using parametric modeling of CATIA and GAMBIT. A computational structure mechanics (CSM) mesh is generated automatically by the parametric method of the CATIA and visual basic script of NASTRAN-FX. The structure is analyzed by ABAQUS. Composite sandwich optimization is performed by NASTRAN SOL200. Design variables are thicknesses of the sandwich core and composite skin panel plies. The objective is to minimize the weight of the wing and constraints are applied for wing tip displacement, global failure index and local failure indexes.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제37회 추계학술대회논문집
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• pp.501-504
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• 2011

본 연구에서 터보프롭 항공기의 프로펠러 블레이드에 대한 구조 설계 연구를 수행하였다. 프로펠러는 고속으로 비행할 수 있는 추력을 얻기 위해 구조적으로 높은 강도가 요구된다. 본 연구에서는 로펠러 구조 설계 시 고강도 및 고강성의 특성을 지닌 카본/에폭시 복합재료가 적용되었으며, 경량화를 위하여 스킨-스파-폼 샌드위치 구조 형태를 채택하였다. 구조 설계 하중은 블레이드에 작용하는 공력하중과 원심 하중을 분석하여 결정하였으며, 스파 플렌지는 굽힘 하중을 담당하고 스킨은 전단 하중을 담당하도록 복합재료 설계 개념을 반영하였다. 구조 안전성을 평가하기 위하여 상용 유한 요소 해석 코드인 나스트란을 활용하여 구조 해석을 수행하였다. 최종 공력 및 구조 설계 결과 분석을 통하여 설계된 프로펠러 블레이드의 효율이 우수하며 안전한 구조인 것으로 검토되었다.

• Composites Research
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• 제22권1호
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• pp.22-31
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전기는 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구의 목표는 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발로서 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있도록 설계 되어야 한다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 또한 풍력 발전 시스템에 발생할 수 있는 유체충돌해석을 모사하였다. 해석결과들은 유압시험장비를 이용한 구조시험 빛 성능시험의 결과와 비교되었고, 비교적 잘 일치하여 설계결과의 안전성을 확인하였다.

• 소음진동
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• 제6권1호
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• pp.11-19
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• 1996

지금까지의 항공기 날개에 공력 탄성학적 제어를 위해 압전재료를 작동기로 사용하는 연구는 아직은 완전하지 못하지만 실용화 가능성을 조사하기 위해 집중적인 투자가 행해지고 있다. 본 글에서 언급한 예 외에도 압전재를 이용 날개의 익형을 능동적으로 조절함으로써 천음속에서의 저항을 줄이기 위한 연구(transonic drag reduction with piezos), 압전재로 작동하는 제어면을 부착하여 헬리쿱터 블레이드 의 진동을 제어하기 위한 실험적 연구, 항공기 외부 장착물에 의해 발생되는 불안정 성을 제어하기 위한 압전작동기를 사용한 pylon decoupler 설계 등 다양한 분에에서 연구가 되고 있다. 하지만 아직까지는 제어에 필요한 충분한 제어력을 얻는 문제, 주 구조물과 압전재료의 강성도의 차이, 가용한 압전재의 실용화, 내구성 문제 등 항공 기에의 응용을 위한 새로운 재료의 개발이 요구되고 있다. 그리고 사용에 필요한 전력을 공급하는 문제는 지상에서 작동되는 시스템과는 달리 항공기에서는 해결해야 될 큰 문제점이며, 이에 대한 연구가 요구되고 있으며, 실용 가능성이 보일 경우 재료의 내구성, 제어 성능, 번개 등 외력에 대한 손상 예측 등 광범위한 연구가 이어 질 것으로 예측된다.

• 한국추진공학회지
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• 제2권3호
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• pp.1-9
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• 1998

풍력에너지는 자연의 에너지를 이용하므로써 환경문제와 경제적 측면에서 다른 대체 에너지보다 훨씬 유리하여 세계 여러 나라에서 각광을 받고 있다. 경제적인 이유로 풍력발전을 위한 회전날개가 대형화 되고 있으며, 경량화를 위해 복합재 구조등의 첨단 항공기술이 적용되고 있는 추세이다. 본 연구에서는 500㎾급 중형 풍력 발전시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력 성능을 갖는 경량화 복합재 회전날개의 개선 설계를 수행하였다. 회전날개의 경량화를 위해 기 설계된 쉘-스파 구조물을 쉘-스파-샌드위치 구조물로 설계를 수정하였고, 배선형 해석을 통해서 경량화에 따른 대변형 문제를 검토하였으며, 파괴응력보다 낮은 상태에서 발생되는 국부좌굴에 의한 구조물의 안전성을 검토하였다. 또한, 허브의 금속재 삽입부분의 전단핀에 의한 핀 홀 주위의 응력해석을 수행하여 충분히 안전함을 확인하였고, 수정 설계된 구조물이 운용구간내에서 공진이 발생하지 않음을 확인하였다.

• 한국생산제조학회지
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• 제19권2호
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• pp.288-294
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• 2010

In recent years, wind energy has been the world's fastest growing source of energy. This paper describes the structural design and analysis of composite blade for 2 kW-level HAWT (horizontal axis wind turbine). The aerodynamic design and force, which are required to design and analyze a composite blade structurally, are calculated through BEMT(blade element momentum theory) implemented in public code PROPID. To obtain the equivalent material properties of filament wound composite blades, the rule-of-mixture is applied using the basic material properties of fiber and matrix, respectively. Lay-up sequence, ply thickness and ply angle are designed to satisfy the loading conditions. Structural analysis by using commercial software ABAQUS is performed to compute the displacement and strength ratio of filament wound composite blades.