• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.57.1-57.1
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• 2011

본 논문에서는 소음을 저감하고 구조적 안전도를 향상시키기 위하여 10kW급 소형 복합재 풍력터빈 블레이드를 해석, 설계하였다. 풍력터빈 블레이드 설계의 기본 사항에 맞추어 블레이드의 스팬 길이는 약 4m, 중량은 30kg 내외가 되도록 설정하였다. 풍력발전기용 블레이드는 경량화가 중요하므로 유리섬유복합재 (glass fiber reinforce pastics), 탄소섬유복합재 (carbon fiber reinforced plastics)가 사용되었다. 본 설계에서는 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD(UIN150c), E-glass 등을 사용하였다. 상용 유한요소 프로그램인 NASTRAN을 이용해 Carbon prepreg (WSN3KY), Carbon UD (UIN150c)의 탄소섬유복합재만으로 구성된 블레이드 구조해석을 수행한 결과 중량 조건 및 강도의 안전도는 충족되었으나, 높은 가격을 감안하여 E-glass와 조합하여 블레이드를 재설계할 예정이다. 이번 설계는 소형 풍력발전용 블레이드 설계이므로 좌굴은 고려하지 않았으며, 향후 필요에 따라서 좌굴 및 피로해석도 수행하여 검증할 예정이다. 그리고 블레이드가 복합재로 구성되면 감쇠력이 감소할 가능성이 있다. 탄소섬유복합재로만 구성된 블레이드 구조해석에서도 최대 40cm의 변형이 예측되었으며, 감쇠값 저하 문제도 고려하여야 될 것 같아 BEMT (Blade Element Momentum Theory) 공력모델을 이용해 구조-유체 연성 결합 해석을 수행할 계획이다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.187-187
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• 2010

최근 해상풍력 블레이드가 대형화됨에 따라 보다 가볍고 강한 재료가 요구되고 있다. 현재 주로 사용되고 있는 복합재는 발사우드나 PVC 폼 등을 코어소재로 하고, 유리섬유나 탄소섬유 등을 보강섬유로 사용하고 있다. 본 연구에서는 현재 사용되고 있는 복합재에 대한 특성을 알아보고, 최근 흡음, 충격 및 열에 강한 발포 알루미늄을 이용한 복합재를 해상풍력 블레이드 제조에 적용하여, 구조 강도 실험을 실시함으로써 기존 복합재와 구조 강도 및 비용 등을 비교 검토하여 우수한 복합재를 제시하고자 한다. 이를 위해 대형구조물인 블레이드를 제작하기 위해 적절한 크기의 발포 알루미늄을 상호 접합하기 위한 방법을 연구하고자 하며, 목포대학교에서 보유중인 만능재료시험기(100 Ton)를 활용하여 인장, 압축, 굽힘 실험을 실시하고, 스킨재 변화, 코어재의 밀도와 두께 변화를 고려하여 다양한 복합재의 강도를 비교하고자 한다. 또한, 기존에 사용되고 있는 복합재와 발포 알루미늄을 이용한 복합재의 재료비 및 가공비를 추정하고 경제적인 복합재를 제시하고자 한다.

• Composites Research
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• 제36권1호
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• pp.32-36
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• 2023

최근 탄소 중립 등 지속 가능한 발전을 위한 지구환경 문제가 대두되면서 기존 풍력터빈의 소재인 유리섬유 복합재의 폐기 시 처리 방안이 문제가 되고 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 기존의 유리섬유 복합재를 대체할 수 있는 친환경 복합재인 아마섬유 기반 복합재를 활용하여 30kW 풍력터빈 블레이드를 제조하고 적합성을 평가하였다. 먼저 친환경 천연 아마섬유 복합재의 풍력터빈 블레이드 소재로 활용 가능성을 검증하기 위해 기계적 강도 시험을 수행하였으며, 그 결과 선행 아마섬유 복합재 물성 연구 대비 좀 더 우수한 강도가 측정된 것을 확인하였다. 또한 제작된 30kW 급 아마섬유 복합재 블레이드를 활용하여 아마섬유 복합재 블레이드의 정적강도를 측정하는 정적강도 성능평가 시험을 통하여 적합성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권3호
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• pp.58-63
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• 2018

본 연구는 수직축 풍력 발전 시스템의 복합재 블레이드에 대한 설계 및 제작 연구이다. 본 연구에서 수직축 풍력 발전용 복합재 블레이드의 공력 및 구조 설계를 수행하였다. 1차적으로 복합재 블레이드의 공력 및 구조 설계 요구 조건이 분석되었다. 구조 설계 이후 유한 요소 해석 기법을 활용하여 풍력 블레이드 구조의 구조 해석이 수행되었다. 적용 하중 조건에서 응력 및 변위 해석이 수행되었다. 단계적 구조 해석을 통해 취약 부위의 개선 설계 방안을 제시하였다. 구조 해석을 통해 최종 설계된 블레이드 구조는 안전한 것으로 확인되었다.

• 기계저널
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• 제52권7호
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• pp.40-44
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• 2012

이 글에서는 풍력발전시스템(wind energy conversion system)에 사용되는 대형 복합재 블레이드(composite blade)의 내부 결함 및 이를 통한 신뢰성 평가 동향에 대해 소개하고자 한다.

• Composites Research
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• 제20권5호
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• pp.49-55
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• 2007

반도체 쿼츠 웨이퍼 다이싱용 블레이드는 마이크로/나노 디바이스와 부품을 제조하기 위해 고정밀도의 가공성을 요구한다. 따라서 균일한 마이크로/나노 선폭의 가공을 위해서는 블레이드의 제작 단계에서 균일한 두께와 밀도를 유지하는 것이 중요하다. 기존의 실리콘웨이퍼 가공을 위해서는 금속의 블레이드가 사용되고 있지만 쿼츠 웨이퍼 가공을 위해서는 고분자 복합재가 사용된다. 이러한 복합재는 가공성, 전기전도성, 그리고 적절한 강도와 연성 및 마모저항성이 있어야 한다. 그러나 기존의 건식성형 공정으로는 균일성을 유지하기 위해 많은 공정과 비용이 소비되고 있다. 본 연구에서는 도전성 나노 세라믹스 분말, 연마재 세라믹스 분말에 열경화성 수지, 전도성 고분자를 혼합한 복합재 분말을 습식성형 공정에 의해 제조, 평가하는 연구를 수행하였다. 먼저 복합재 분말을 액상과 혼합하여 블레이드를 제작하였으며, 액상의 종류, 액상 건조공정의 영향을 고찰하였다. 평가는 마이크로미터 측정기와 현미경을 이용하여 두께를 측정하였다. 두께편차와 기공률, 밀도, 경도, 등의 특성을 비교, 평가하였다. 그 결과 습식성형에 의해 블레이드의 두께편차를 감소시킬 수 있었으며, 경도 등의 특성을 향상시킬 수 있었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권spc호
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• pp.22-30
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• 2020

복합재 헬리콥터 로터 블레이드는 두께방향으로의 강도가 부족한 구조적인 특성으로 인해 외부 물체의 충돌에 의해 내부 구조물에 손상이 발생하기 쉬운 단점을 지니고 있다. 따라서 복합재 블레이드의 피로 평가 시 외부 물체의 충돌에 의해 발생하는 결함과 강도저하 현상을 함께 고려해야 한다. 이를 위해 내결함 안전 수명(flaw tolerant safe-life) 및 파손안전(fail-safe) 개념을 이용한 피로평가 방안이 1980년대부터 적용되었으며, 최근에는 회전익 항공기의 감항기준에 위의 두 개념이 손상허용(damage tolerance) 평가 방안으로 대체되었다. 본 논문에서는 회전익 항공기에 사용되는 섬유강화 복합재 로터 블레이드를 중심으로 피로수명을 평가하기 위한 관련규정을 분석하고, 국내 헬기 개발사업 등을 통해 적용된 사례들을 검토함으로써 충격손상을 고려한 섬유강화 복합재 로터 블레이드의 피로 평가 방안을 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.181-186
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• 2009

본 연구의 목적은 주로터 블레이드와 장애물 충돌 시 실제 파괴형상과 유사한 시뮬레이션을 통해 발생되는 하중을 구하고, 이것을 이용하여 허브 및 변속장치의 안전성을 검토함으로써 승무원의 안전성을 확보하는 것이다. 헬리콥터의 실제 운용 시에 주로터 복합재 블레이드 바깥쪽 10% 지점에 직경 203mm의 강체실린더가 충돌할 경우에도 주로터주축은 파괴가 발생하지 않아야 하고 변속장치가 탑승공간으로 침투하는 위험한 변위가 발생하지 않아야 한다. 강체와 블레이드 충돌 시 주로터의 주축과 변속장치의 영향성을 확인하기 위하여 탄소성 손상 재질을 사용하여 복합재 블레이드와 나무(강체실린더의 경우는 강체)의 해석모델을 구성하였으며, 파괴진행과정을 실제와 유사하게 구현하기 위해 여러 개의 접촉면을 생성하여 충돌해석을 수행하였고, 구형베어링 및 리드래그댐퍼에 전달되는 하중을 구하였다. 또한, 블레이드 회전속도 및 피치각도의 변화가 전달하중에 미치는 영향을 검토하였다.

• Composites Research
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• 제29권6호
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• pp.369-374
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• 2016

본 연구에서는 굽힘-비틀림 커플링(bend-twist coupled, BTC) 설계개념을 적용한 10 MW급 복합재 풍력 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다. BTC 설계개념은 동적 하중 상황에서 블레이드의 굽힘과 비틀림 거동 사이의 연동을 유도하여, 단면 받음각 변화에 의한 수동적인 적응 하중저감이 가능하다. 인자연구를 통해 최적의 BTC 설계인자를 추출하여 블레이드 구조설계에 적용하였다. BTC 개념이 동적 하중 감소에 미치는 영향을 가늠하기 위해 블레이드 루트 부에서의 피로등가하중을 계산한 결과, BTC 개념이 적용된 블레이드를 적용한 경우 피로등가하중이 2-3% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있었다. BTC 효과를 시험적으로 검증하기 위해 1:29 비율의 블레이드 stiffener 축소모델을 제작하였으며, 정하중 시험을 통해 처짐 거동 시 끝단에서의 비틀림을 측정하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제43권10호
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• pp.920-927
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• 2015

본 논문에서는 블레이드 해석 라이브러리를 통해 단면해석 및 응력복원 해석 결과를 VABS의 결과와 비교하였다. 강성 행렬로 연결된 1차원 보 모델을 가상일의 원리에 의해 계산된 에너지를 복원 이론에 기반한 차원 복원해석 과정을 통해 계산된 응력과 3차원 해석모델과 비교하였다. 블레이드 해석 라이브러리의 구성, 입력 및 출력 형태, 차원 축소와 복원을 통한 로터 블레이드의 구조해석 프로시져를 기술하고, 블레이드 해석 라이브러리의 검증은 고형모델, 박 벽 모델의 단면해석, 3차원 복합재료 유한요소 모델로 구성하여 VABS를 통하여 검증하였다. 차원 축소와 복원해석을 통하여 블레이드 해석 라이브러리는 복합재료 블레이드의 전후처리 프로그램와 연계되어 고고도 무인기, 로터 블레이드, 풍력 블레이드 및 틸트로터 블레이드의 모델링에 활용될 수 있을 것이다.