• Composites Research
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• 제31권3호
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• pp.104-110
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• 2018

본 연구에서 수직축 풍력 발전기의 복합재 블레이드 및 타워에 대한 구조 설계 및 해석 방안을 제시하였다. 본 연구에서 수직축 블레이드의 설계 및 제작 수행 후 풍력 발전기 타워의 구조 설계를 수행하였다. 먼저 블레이드와 타워의 설계 요구 조건 및 사양이 정립되었다. 타워 구조 설계 이후 유한 요소 해석을 통하여 타워의 구조 해석을 수행하였다. 적용된 하중에서 응력, 변형, 고유 진동수 해석이 수행되었다. 구조 해석을 통해 타워 형상의 개선 설계 방안을 제시하였다. 최종 설계된 타워 구조는 구조 해석을 통해 안전한 것으로 확인되었다.

• 기계저널
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• 제34권5호
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• pp.342-350
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• 1994

본 연구를 통하여 기존에 사용되고 있던 알루미늄 압출재 블레이드를 복합재료로 대치하여 개 발함으로써 이의 타당성을 검토하여 보았다. 풍력발전기의 개발 추세는 점차 메가와트 (megawatt)급 시스템으로 진행되어 터빈 블레이드가 대형화됨에 따른 터빈브레이드의 경량화 및 내구력의 향상이 절실히 요구된다. 이는 복합소재의 사용으로 경량화를 통한 시스템 각요소의 제작비용절감 및 내구력 향상을 통한 시스템의 수명증대의 효과를 확보할 수 있을 것이다. 그 러나 복합재료를 사용한 터빈 블레이드는 기존의 알루미늄을 이용한 재료보다는 가격경쟁에서 다소 떨어지며 제작공정상의 어려움과 정밀한 설계기술의 미개발 등 아직도 많은 난점을 안고 있는 실정이다. 그러나 현재 풍력에너지 이용 선직국의 개발추이로 보아 대용량시스템의 터빈 블레이드는 복합소재의 사용이 필수적이며 보다 효율적인 양산시스템의 구축과 최적설계에 대한 연구가 지속적으로 실시되면 기존의 블레이드와는 충분한 경쟁성을 확보할 것으로 전망된다.

• 비파괴검사학회지
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• 제31권4호
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• pp.382-390
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• 2011

최근 대형화되는 복합재 풍력 블레이드의 운전 중 발생되는 손상을 조기에 모니터링하기 위하여 블레이드 내부에 일제형으로 설치가 가능한 스마트 센서들이 연구되고 있다. 본 연구에서는 광섬유 브래그 격자(FBG: Fiber Bragg grating) 센서를 복합재 모형 블레이드 후연부 시편에 부착하여 균열 또는 접착층 분리를 감지하는 실험을 수행하여 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자의 풍력 블레이드에 적용 가능성을 검토하였다. 블레이드 시편에 인가된 연장 하중이 1100 N부터 1260 N 사이에서 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 파장 이동 방향이 급격히 반전되는 결과로부터 전단 웹의 균열과 접착 분리 파손을 확인할 수 있었다. 블레이드에 사용하기 위한 노출된 광섬유 브래그 격자 센서는 깨지가 쉽기 때문에 이 단점을 보완하기 위하여 에폭시로 패키징된 광섬유 브래그 격자 센서 탐촉자를 제작하였다. 블레이드 시편의 스킨 위에 제작된 탐촉자를 설치한 후 인장 시험을 수행한 결과 변형률에 대한 감지도는 약 1.3 ${\mu}{\varepsilon}$/pm으로 노출된 광섬유 브래그 격자 센서의 감지도와 거의 동일한 것으로 확인되었다. 한편 온도 감지도는 $80^{\circ}C$ 까지의 가열 테스트를 통하여 약 48 pm/$^{\circ}C$의 온도 감지도를 보였다.

• 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.

• 한국항공운항학회:학술대회논문집
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• 한국항공운항학회 2006년도 추계학술대회 논문집
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• pp.133-136
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• 2006

• 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.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제16권4호
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• pp.15-21
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• 2013

This study aims to estimate the fatigue resistance of small wind composite blade using the fatigue life estimation formula in the GL guideline. For this, firstly, we estimated a turbine blade's bending moment spectrum by using wind profile wind profile and BEMT. And fatigue tests were performed to obtain the S-N curve of composite materials used in blade. In addition, a finite element analysis was used to identify fatigue critical locations and fatigue stress spectrum. And the fatigue resistance of composite blade were evaluated using the rainflow cycle counting, and Goodman diagram and the fatigue life estimation formula in the GL guideline.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권9호
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• pp.1087-1094
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• 2012

본 논문에서는 구조 시험과 유한요소해석을 통하여 소형 풍력발전용 복합재 블레이드의 구조적 안전성을 평가하였다. 먼저, 선행연구에서 공력해석을 수행하여 정격 및 극한 풍속일 때의 블레이드가 받는 굽힘 모멘트를 산출하였다. 이를 이용하여 소형풍력발전기 관련 국제 규격인 IEC 61400-2에 따른 실규모 구조 시험을 수행하여 구조적 안전성을 평가하였다. 그리고 유한요소법을 이용한 구조 해석을 수행하여 구조 시험 결과와 비교하여 이의 정확성을 판단하였다. 또한, 구조 시험을 통해 블레이드에 대한 과잉 설계가 확인되었으며 이의 해결을 위하여 블레이드의 적층 순서 및 두께를 재선정하여 구조적 안전성을 평가하였다.

• 한국추진공학회지
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• 제8권1호
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• pp.70-80
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• 2004

본 연구에서는 한국과 같이 비교적 저 풍속인 지역에 적용 가능하도록 피치제어장치를 가진 1kW급 소형 풍력발전 시스템의 개발 결과를 제시하였다. 공력설계에서는 블레이드의 직경이 동급의 상용 블레이드 보다 과도하게 크지 않으면서도 저 풍속 지역에서 보다 효율적인 형상설계를 위해 여러 가지 설계 변수분석을 통한 파라미터 연구가 수행되었다. 또한 구조설계를 통해 풍력발전기에 작용하는 다양한 하중을 효과적으로 견딜 수 있는 경량의 복합재 구조가 설계되었다. 구조설계의 평가를 위해 유한요소 구조해석이 수행되었으며, 실물 구조시험을 수행하여 구조적 안전성을 확인하였다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권2호
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• pp.66-75
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• 2018

본 논문에서는 2MW급 풍력 블레이드의 스파캡을 탄소복합재료, 두께축소율(PRR) 및 상쇄연구(Trade-off study)를 이용해서 경량화 설계를 수행했다. 블레이드 스파캡은 블레이드의 기계적 건전성을 결정하는 가장 핵심적인 요소이다. 가벼우면서도 기계적 신뢰성을 확보할 수 있는 블레이드 스파캡의 형상을 도출하기 위해 주어진 설계하중으로 스파캡의 두께를 변화시키면서 반복적인 구조해석을 실시한다. 파손여부를 판정하기 위해서 Tsai-Wu 및 Puck 파손이론을 사용하였으며, 그 결과 GFRP 복합재료보다 CFRP 복합재료가 동일한 조건에서 약 30% 무게를 경량화 할 수 있었다. 해석 결과를 바탕으로 복합재료 적층두께의 최적값을 도출하여 구조적 성능 향상 및 경량화 된 설계 결과를 제시한다.