• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.9-16
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• 2019

유속의 크기와 블레이드의 기하학적 형상 변화에 따라 발생하는 조류발전용 쉬라우드 시스템 내 유속 변화를 분석하기 위하여 수리모형실험과 수치해석적 방법을 이용하였다. 모형실험을 통해 시스템의 유입부에서 유속 변화와 블레이드 형상변화에 따른 고유 회전수를 계측하였으며, 수치해석을 통해 쉬라우드내 유속 변화를 분석하였다. 실험 유속이 약 28% 증가하고, 익형의 형상을 적용하였을 때, 쉬라우드 유입부에서 계측된 유속은 최대 약 56% 증가하는 경향을 보였다. 한편, 익형 형상을 적용한 블레이드가 설치된 경우 유입부에서의 유속은 일반 블레이드에 비해 최대 14% 증가하는 경향을 보였으며, 회전수 역시 동일 조건에서 가장 높은 수치를 보였다. 수리실험과 수치해석 결과는 약 13%의 오차를 보였으며, 각각의 결과에서 보이는 유속 변화에 대한 경향은 유사하다. 쉬라우드 내 유속 변화를 수치해석으로 분석한 결과 유입부 대비 블레이드 앞부분에서 유속은 최대 1.7배 증가하는 경향을 보였다. 본 연구를 통해 얻은 시스템 내 유속 변화 분석 결과는 효율적인 조류발전용 쉬라우드 시스템 개발에 필요한 기초 자료를 제시할 수 있을 것으로 판단된다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권10호
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• pp.806-813
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• 2018

항공기 엔진을 구성하는 부품 중 하나인 블레이드의 파손에 대해 분석하였다. 블레이드의 파손원인과 그 거동은 다양하지만 크게 일시파단과 피로파손의 두가지 형태로 나뉘어진다. 이 논문에서는 전체 거동은 일시파단으로 진행되고 일부 피로 파손된 블레이드에 대해 기술하였고, 특히 고온에서의 블레이드 손상거동을 분석하므로써 사례의 하나로 제시하고자 한다. 분석한 블레이드는 니켈기 초내열 합금으로 외관, 재질, 미세조직, 고온 크리프 특성, 파단면 형상을 각각의 분석장비를 활용하여 손상원인과 거동을 확인하였고, 원재질에서 재현하였다. 고온에서 니켈 합금은 ${\gamma}^{\prime}$ 형상이 변형되고 조직변형(Alloy Depletion)구간이 관찰되며 재질의 기계적 성질, 물성치 등이 저하되고 연화되어 장시간 운용 시 파손될 수 있다. 니켈합금은 고온특성이 좋으나 함유되는 미량원소에 따라 그 물성치가 다양하므로 니켈합금이라 하여도 그 목적에 맞는 세분화된 소재를 사용해야한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권1호
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• pp.1-9
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• 2014

본 논문은 고속압력감응페인트기법(Fast-Responding PSP)을 소개하고, 이를 이용하여 정지비행상태에 있는 축소형 로터 블레이드의 표면(윗면) 압력을 측정해봄으로서 PSP를 이용한 로터 블레이드 표면 압력 측정의 정확성과 그에 따른 실험기법의 타당성을 검증하기 위하여 수행되었다. 실험을 위한 광원으로는 532 nm 파장을 가지는 Pulsed laser를 사용하였고, PSP 측정 기법으로는 Lifetime 기법을 적용하였다. 또한, 모델 표면에 도포된 압력감응페인트는 반응성이 높은 Porous PSP가 사용되었다. 로터 블레이드는 NACA0012 익형을 가지고 있으며 길이 340 mm, 코드 40 mm의 직사각 형상 1종과 끝단의 후퇴각이 다른 4종의 형상을 사용하였다. 로터 블레이드의 콜렉티브 피치각 변화에 따른 표면 압력 분포를 측정하였으며 측정된 결과를 통해 콜렉티브 피치각이 증가할수록 윗면의 압력이 낮아지는 것을 정성적으로 확인하였고, 정량적인 압력계수는 NASA의 실험 데이터와 비교하여 약 0.4~0.7 정도 높은 경향성을 보였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권8호
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• pp.693-702
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• 2015

본 논문은 NACA 익형의 블레이드를 가지는 다리우스 수직축 풍력발전기(VAWT)의 성능특성에 대한 연구이다. 다양한 설계변수를 이용한 다리우스 VAWT 의 최적 형상을 예측하기 위해서 블레이드 근처에서 나타나는 공력특성 및 박리유동, 유동과 블레이드 간의 상호작용, 이로 인해 유도되는 토크 및 출력특성 등을 분석하였다. 블레이드의 최적 형상 설계 및 주변 유동과의 상호작용 특성을 보기 위하여 다양한 인자들 (즉, 코드길이, 로터직경, 피치각, 블레이드의 두께비 및 비틀림각 등)을 고려하였다. 본 연구에서 연구결과로는 TSR 가 낮은 영역에서는 솔리디티가 큰 로터가 높은 출력계수를 가지는 반면, TSR 이 높은 영역에서는 솔리디티가 작은 로터가 높은 출력계수를 가진다. 블레이드의 익형이 안쪽으로 향하는 피치각은 $-2^{\circ}$와 비틀림각이 $0^{\circ}$ 일 때, 다리우스형 VAWT 가 최대 출력을 발생하였다.

• Composites Research
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• 제35권5호
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• pp.340-346
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• 2022

본 연구에서는 복합재료 블레이드에 대한 최적 구조설계 프레임워크를 구성하고, 이를 헬리콥터 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행하였다. 단면 형상의 경우 C형 및 D형 스파를 선택할 수 있게 구성하였으며, 최적설계 프레임워크는 유전자 알고리즘과 입자 군집 최적화 알고리즘을 결합한 PSGA를 활용하였다. 단면의 기하학적 모델링은 B-spline을 이용하여 구현하였고, 유한요소 모델 생성 프로그램 Gmsh를 통해 단면 유한요소모델을 만든 뒤 단면 해석 프로그램인 Ksec2D를 사용하여 구조해석 결과를 도출하였다. 본 최적설계 프레임워크를 HART II 블레이드에 적용하여 최적 구조설계를 수행한 결과, C형 스파 모델은 기준 형상 대비 무게 7.39%, D형 스파 모델은 6.65% 감소하였으며, 이때 전단중심은 모두 공력중심과 인접한(5% 이내) 결과를 도출하였다. 본 연구를 통해 일반적인 헬리콥터 블레이드의 단면에 적용할 수 있는 최적 구조설계 프레임워크의 유효성을 확인하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2003년도 춘계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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• pp.373-375
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• 2003

상반회전 풍력발전 시스템의 경우 전방에 위치한 로터의 후류 효과를 적절히 반영하여 설계에 이용해야 한다. 본 연구에서는 이러한 로터의 후류효과 및 블레이드의 실속후 모델을 고려하여 30kW급 상반회전시스템의 설계형상에 대한 검토연구를 수행하였다 기본공력이론은 모멘텀 이론과 2차원 준정상 공기력 이론을 통합한 형태를 사용하였다. 로터의 후류영향을 고려하기 위해 축소형 풍차 블레이드 모델에 대한 풍동시험 결과를 적절히 이용하며, 이로부터 보조로터를 지난 후류의 축속도 및 각속도 성분을 결정하였다. 최종적으로 상반회전 시스템의 로터 반경 및 상호 이격거리 등을 고려한 성능해석을 수행하고 이로부터 최적 설계형상에 대한 파라미터 연구결과를 제시하였다.

• 한국공작기계학회논문집
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• 제15권6호
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• pp.76-81
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• 2006

In this paper, profile error measurement method of a turbine blade using 3D-scanner is developed. The method begins with scanning the upper and lower sides of the blade on which three small balls are attached, and constructs a solid measurement model by registering the two scanned surfaces. Airfoils are derived from the model at each interval by intersecting it with a plane, and arranged with design airfoils. The $2^2$ factorial design search method is engaged in arranging the two airfoils, from which the main blade parameters including the edge radius are computed. The developed measurement technique is applied to practical blade manufacturing and validates its effectiveness.

• EDISON SW 활용 경진대회 논문집
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• 제1회(2012년)
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• pp.45-48
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• 2012

본 연구는 인력기를 개발함에 있어서 이에 적합한 프로펠러의 형상을 설계하기 위하여 진행되었다. 인력기는 인간을 유일한 동력원으로 사용하기 때문에 적은 동력, 낮은 RPM을 가지고 비행을 하게 된다. 이에 따라 기존의 항공기와는 다른 특성 및 형상을 가지는 프로펠러 개발의 필요성이 인지되었다. 본 연구에서는 설계하고자 하는 인력기의 제원에 맞는 프로펠러의 특성을 설정한 뒤, 프로펠러의 블레이드를 수 개의 airfoil section으로 나누고, 각 섹션에 대한 공력 특성을 프로펠러 이론 및 Edison CFD를 통하여 계산 및 유추하였다. 이 계산 결과를 토대로 구한 각 airfoil section의 정보를 통하여 프로펠러의 형상을 얻어 낼 수 있었으며, 최종적으로 이를 ANSYS Fluent, CFX와 같은 상용 프로그램을 이용하여 분석함으로써 설계 전에 목표로 하였던 프로펠러의 성능에 도달하였는가를 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권7호
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• pp.564-573
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• 2012

새롭게 제안된 공력 설계 절차와 In-house 프로그램을 이용하여 1 MW급 수평축풍력 터빈 블레이드의 형상을 결정하였고, 기존에 개발된 블레이드의 실험 결과와 본 연구에서 제안한 블레이드와의 비교를 통하여 공력 설계에 대한 타당성을 제시하였다. 블레이드의 구조 설계는 Netting Rule과 Rule of Mixture를 적용하여 설계를 진행하였다. 설계된 블레이드의 구조적 안전성은 상업적 유한요소프로그램인 MSC.NASTRAN을 사용하여 다양한 하중에 따라 선형 정적해석, 변형해석, 좌굴해석, 진동모드해석 등을 수행하였다. 최종적으로 Spera가 제시한 실험식을 적용하여 요구된 피로수명에 대해 타당성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제39권5호
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• pp.435-441
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• 2015

본 연구에서는 원심압축기 임펠러와 디퓨져 블레이드 형상을 반응표면법과 다목적 유전알고리즘 기법을 사용하여 최적설계 연구를 수행하였다. 임펠러와 디퓨져의 블레이드 선단과 후단의 각도와 두께를 3 구간으로 나누어 설계변수로 적용하였으며 수치해석은 상용코드인 ANSYS CFX 를 사용하였다. 실험계획법 중 많이 사용되는 중심합성계획을 이용하여 총 45 개의 설계점에 대한 값을 계산하였다. 계산된 결과를 바탕으로 반응표면을 생성하였으며 반응표면은 최적형상의 임펠러와 디퓨져를 선정하는데 이용하였다. 최적설계의 전 과정은 ANSYS DX 를 사용하였으며, 최적화의 결과로 원심압축기의 주요 성능변수인 등엔트로피 효율과 압력회복계수가 각각 0.3%, 5% 향상된 임펠러와 디퓨져 블레이드 형상을 제시하였다.