A 10kw wind turbine blade aerodynamic design was carried out using the self-developed program AeroDA. The concept, basic shape, and optimization were designed and verified. A performance analysis was carried out and the key factors in each design stage are summarized. In addition, a guide for the placement of cross-section airfoils constituting the blades is presented, and the importance of the stall margin test as a method of verifying aerodynamic design is summarized. In order to verify the design program AeroDA, we compared the results of the performance analysis with a specialized program DNVGL_Bladed.
21세기인 지금 우리시대에 자동차는 필수적인 교통수단이다. 이런 자동차의 구동을 위해서는 연료가 필요하며, 아직까지 석유가 그 연료의 중심이다. 그러나 지구에서 나오는 석유자원은 매장량의 한계가 보이며, 치솟는 가격뿐만 아니라 세계적으로 고연비 고효율 차량을 선호하기 때문에 연료소비를 최소화하는 방법을 찾아야 한다. 본 연구에서는 차량의 후면 형상에 중점을 두어 주행 시 발생하는 공력특성 중 항력을 감소시키기 위해 EDISON 시뮬레이션 프로그램으로 자동차의 후면 형상 변화에 따른 공력특성 해석과 주행 시 가장 효율적인 최적의 후면 형상을 찾아보았다.
In this study, an aerodynamic configuration design and study on performance enhancement of a tilt-rotor UAV were conducted for improving mission capabilities compared to multi-copter type UAV, MC-1/2/3 developed for disaster and policing operation. To improve performance, a new TR5X configuration was developed by modifying the fuselage and tail shape of TR60 UAV and additionally attaching an extended wing to the nacelle. Aerodynamic performances of TR60 and TR5X were compared through computational fluid dynamics (CFD) analysis. In addition, flight performance analysis of full aircraft was conducted. Results showed that main performance requirements of TR5X were satisfied.
Kim, Chang-Joo;Park, Soo-Hyung;O, Seon-Gu;Kim, Seung-Ho;Jeong, Gi-Hun;Kim, Seung-Beom
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.11
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pp.1049-1059
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2010
This paper treats the aerodynamic optimization of the blade planform for helicopters. The blade shapes, which should be determined during the threedimensional aerodynamic configuration design step, are defined and are parameterized using the B$\acute{e}$zier curves. This research focuses on the design approaches generally adopted by industries and or research institutes using their own experiences and know-hows for the parameterization and for the definition of design constraints. The hover figure of merit and the equivalent lift-to-drag ratio for the forward flight are used to define the objective function. The resultant nonlinear programming (NLP) problem is solved using the sequential quadratic programming (SQP) method. The applications show the present method can design the important planform shapes such as the airfoil distribution, twist and chord variations in the efficient manner.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1997.11a
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pp.22-22
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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 가치고 있다. 본 연구에서는 500Kw급 풍력발전 시스템을 개발함에 있어, 적합한 공력 성능 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 550Kw를 생산할 수 있는 형상이 설계되었고, 또한 20년 이상의 피로수명이 확보되었으며, 공질 등의 동적인 문제도 발생하지 않음을 확인하였다.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.12
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pp.9-16
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2017
In this paper, the aerodynamic design process of wind turbine blades is established. The optimization design strategy is presented and the constraints that must be reviewed during the aerodynamic design process are summarized. Based on this, this study developed a BEMT-based aerodynamic optimal design program that can be applied easily to actual work, not only for research purposes, but also can be integrated from the initial concept design stage to the final 3D shape detail design stage. The developed program AeroDA consisted of a concept design module, basic design module, optimal TSR module, local shape optimization module, performance analysis module, design verification module, and 3D shape generation module. Using the developed program, an improved design of the 5MW blade by NREL was made, and it was confirmed that this program could be used for design optimization. In addition, a 10kW blade aerodynamic design and turbine detailed performance analysis were carried out, and it was verified by a comparison with the commercial program DNVGL Bladed.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.1
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pp.70-80
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2004
This study proposes a development result for the 1-kW class small wind turbine system, which is applicable to relatively low wind speed regions like Korea and has the variable pitch control mechanism. In the aerodynamic design of the wind turbine blade, parametric studies were carried out to determine an optimum aerodynamic configuration which is not only more efficient at low wind speed but whose diameter is not much larger than similar class other blades. A light composite structure, which can endure effectively various loads, was newly designed. In order to evaluate the structural design of the composite blade, the structural analysis was peformed by the finite element method. Moreover both structural safety and stability were verified through the full- scale structural test.
Kim, Chang-Joo;Park, Soo-Hyung;Shin, Ki-Cheol;Kim, Seung-Ho;Chung, Ki-Hoon;Kim, Seung-Bum
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.11
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pp.1060-1066
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2010
This paper focuses on the application of the proposed aerodynamic optimization techniques to design the blade planform of helicopter rotors. The design problems are formulated to maximize the hover figure of merit and the equivalent lift-to-drag ratio for high forward speed by optimally distributing airfoils, twist, and chord along the blade span. The numerical characters are investigated by solving various design problems. The advantages and limitations with the present design approach and the present modeling features for performance prediction are discussed. The recommendations for the required model refinements to get more accurate optimal configurations are addressed as future research areas.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.10
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pp.884-890
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2007
The procedure for the aerodynamic design of the rotor blades for 10 kW-level HAWT (horizontal axis wind turbine) has been investigated to be practiced systematically. The approximately optimal shape was designed using an inverse method based on the momentum theory and the blade element method. The configuration was tested in the wind tunnel of the Korea Air Force Academy, and the data was compared with those obtained from the real system manufactured from the present design. From this research, the authors established the systematic technolo for wind turbine blades, and set up the technical procedure which can be extended for the future design of middle and large sized wind turbines.
Park, Young-Min;Kim, Yu-Shin;Chung, Jin-Deog;Lee, Jang-Yeon
Aerospace Engineering and Technology
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v.3
no.2
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pp.248-255
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2004
In this study, aerodynamic shape design of airfoils was performed by using RSM(response surface method) and two-dimensional Navier-Stokes solver. Numerical experiment points were determined by D-optimal method and quadratic response surfaces were constructed by using JMP. For the validations of design method, NACA 64621 airfoil was inversely designed to have aerodynamic characteristics of Bell airfoil. The design method was applied to the aerodynamic design of both smart UAV wing airfoil and low Reynolds rotor-blade airfoil for unmanned helicopter. The optimized airfoils showed improved performance with various constraint conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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