• 한국항공우주학회지
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• 제37권10호
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• pp.975-983
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• 2009

본 논문은 동축반전 로터 블레이드의 성능 특성 파악을 위한 선행연구로서, 단일 로터 블레이드에 대한 공력 데이터 획득 및 성능 특성을 확인하기 위한 연구에 중점을 두었다. 이를 위해 제자리 비행 상태에서 추력과 토크의 측정이 가능한 소형 로터 블레이드용 회전 시험장치를 구성하고 제작하였다. 로터 회전 시험장치는 회전장치부, 센서부, 그리고 데이터 획득 시스템으로 구성되었으며, 고정된 회전속도에서 콜렉티브 피치각을 변화시키면서 추력과 토크를 측정할 수 있도록 하였다. 이를 통하여 저 레이놀즈 수 ($Re{\approx}3{\times}10^5$) 영역에서 운용되는 단일 로터의 제자리 비행 성능 시험을 수행하였고 소형 로터 블레이드의 제자리 비행 성능을 획득하여 로터 회전 시험장치의 성능을 검증하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권1호
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• pp.12-21
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• 2010

본 논문에서는 부분적인 지면효과 하에서의 단일로터 블레이드에 대한 제자리 비행 성능 특성을 확인하였다. 이를 위해 소형 로터 블레이드 회전 시험장치와 이동식 바닥면을 이용하여 고정된 회전속도에서 콜렉티브 피치각을 변화시키면서 추력과 토크를 측정하였다. 로터면과 지면이 겹치는 거리를 d, 로터의 직경을 D라 하면 지면효과가 없을 때부터 d/D가 0.25일 때까지는 지면효과가 로터의 성능에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었다. 로터 깃의 개수가 4개일 때 지면 효과의 영향을 더 크게 받아 2개일 때보다 추력이 증가하고 동력이 감소하였다. 또한 피치각이 작을수록 지면효과로 인하여 추력이 증가하는 경향을 보였다. 이와 같은 실험 결과를 바탕으로 로터 깃의 개수와 부분적인 지면 효과를 고려한 새로운 경험식을 도출하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권2호
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• pp.159-166
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• 2018

본 연구에서는 소형민수헬기(Light Civil Helicopter, LCH)의 풍동시험에 필요한 축소 로터 블레이드에 대해 내부 구조설계와 동특성 및 하중해석을 수행하였다. 축소로터 풍동시험은 로터 시스템의 공력성능과 소음 특성을 평가하기 위해 수행되므로, 실제 크기의 로터시스템과 동일한 공력 특성을 모사할 수 있도록 축소 블레이드 설계 시 마하 스케일(Mach-scale) 기법을 적용하였다. 마하 스케일 블레이드는 실물 블레이드의 끝단속도(blade tip speed)와 동일한 값을 유지할 수 있도록 로터의 회전속도를 증가시켜야 하며, 블레이드 중량, 단면강성 및 고유진동수 등은 특정한 축소계수(${\lambda}$, scaling factor)를 통해 조정된다. 블레이드 내부의 주요 구성품인 스킨, 스파, 토션박스 등을 설계하기 위해 탄소섬유와 유리섬유 계열의 복합소재를 적용하였으며, 국내에서 수급이 가능한 프리프레그(prepreg) 형태의 복합소재를 적용하였다. 내부구조 설계가 완료된 블레이드에 대해 단면강성을 평가하기 위해 KSec2D 프로그램을 사용하였으며, 회전익 항공기의 통합해석 프로그램인 CAMRADII를 이용하여 축소 블레이드의 하중 분포와 동역학적 특성을 검토하였다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제37권2호
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• pp.170-177
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• 2013

본 연구는 200 W급 자이로밀형 소형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상설계 및 유동해석에 의한 성능 검토에 관한 내용을 정리한 것이다. 2차원 형상의 로터 블레이드에 대하여 단일유관이론을 적용하여 설계하였으며, 설계 결과에 대해서 2차원 수치유동해석을 수행하여 해석결과의 검토로부터 3차원 로터 블레이드 기본 형상을 결정하고, 3차원 수치유동해석을 통하여 풍력터빈 로터 블레이드의 형상 결정 및 성능 검토를 하였다. 본 연구의 결과로부터 상대적 저풍속에서 200 W급 자이로밀형 수직축 풍력터빈 로터 블레이드의 형상을 도출하였고, 수치유동해석으로부터 정격출력 200 W를 확보할 수 있음을 확인하여, 본 연구에서 적용한 설계법의 타당성을 확보하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권9호
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• pp.726-733
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• 2013

헬리콥터 로터 블레이드는 헬리콥터의 성능을 좌우하는 동시에 비행 시 주된 소음을 발생함에 따라 고성능, 저소음 특성이 요구되는 구상품이다. 국내 소형무장헬기 개발과 병행하여 개발될 민수헬기는 해외체계업체 보유 민수헬기를 기반으로한 국제공동 업그레이드 개발이 추진됨에 따라 해외체계업체 제시 대상기종의 로터 블레이드 성능파악이 매우 중요하다. 본 연구는 해외체계업체 제시 대상기종 블레이드의 성능분석을 통하여 최신 해외 블레이드 대비 성능파악 및 국내고유형상 블레이드 개발 가능성을 타진하는 것을 목적으로 수행되었다. 본 연구의 결과는 일차적으로 향후 민수헬기개발사업의 해외협상 및 국내 고유형상 블레이드 개발 시 목표 성능지표 등으로 활용될 수 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제47권7호
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• pp.489-498
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• 2019

본 연구에서는 국내 개발 중인 소형 민수 헬리콥터(LCH)에 대해 유체-구조 연계 기법을 이용하여 로터 공력 및 구조 하중에 대한 고정밀 공탄성 해석을 수행하였다. LCH 로터는 일반적인 힌지형 로터와 달리 탄성체 베어링과 블레이드 상호 연계형 댐퍼 시스템을 탑재하였으며, 이에 대한 구조동역학 해석을 위해 CAMRAD-II 모델을 구축하였다. 주 운용조건인 전진비 0.28 순항조건에서 단일 로터 모델과 로터-동체 모델에 대한 유체-구조 연계해석을 수행하여 동체 모델링의 효과를 분석하였다. 동체 모델링이 로터의 하중 및 블레이드-와류 간섭에 미치는 영향은 제한적이지만, 루트에서 발생한 와류가 동체 효과에 의해 꼬리 로터에 무시할 수 없는 영향을 줄 수 있음을 수치적으로 확인하였다. 양력선 이론 기반의 구조동역학 해석 결과는 유체-구조 연계해석 결과와 대체로 부합하는 결과를 보였으나, 비정상 유동 예측 모델의 한계로 인해 공력 하중, 탄성 변위에 대한 peak-to-peak 크기를 낮게 예측하고 구조 진동 하중에서 주요한 위상 차이를 나타냈다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권5호
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• pp.513-520
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• 2014

무인비행체는 소형화, 경량화가 중요하기 때문에 동력장치에 한계가 있다. 공력성능을 향상을 위해 항공기의 크기나 무게에 영향을 주지 않는 블레이드의 형상의 변화를 주는 것이 가장 효율적이다. 본 연구에서는 제자리 비행을 하는 멀티로터 무인비행체에 있어 단일 로터 블레이드의 테이퍼 비율, 비틀림 각도 등에 따른 추력성능의 변화를 전산유동해석 시뮬레이션을 통해 수행하였다. 전산유동해석 코드인 ADINA-CFD 를 통해 얻은 수치 결과를 깃 요소 이론(blade element theory, BET)과 비교하였으며, 블레이드의 형상 변화가 추력성능에 영향을 미치는 것을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권5호
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• pp.465-475
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• 2012

본 연구는 두 가지 목표를 가지고 수행하였다. 하나는 수치해석과 Design-FOIL Pro.를 이용해 블레이드 에어포일 모델개발이고, 다른 하나는 이 모델을 Folding blade에 적용하는 것이다. 일반적으로 1MW이상 대형풍력터빈용 블레이드는 강풍시에 피칭제어로 풍향에 대해서 평형상태를 유지하여 로터를 회전시키지 않는 방법으로 블레이드의 손상을 방지 하였지만, 소형풍력터빈용 블레이드는 설비비, 유지비등 경제성을 이유로 피칭제어를 채택하지 않아 블레이드의 파손 문제가 심각하다. 그래서 본 연구에서는 유지보수가 필요 없고 강풍에서도 파손이 없는 Spring pack을 이용한 로터를 직접설계(Direct-Design) 방법으로 설계하여, 그 성능을 검증 하고 변화 풍속에 맞는 폴딩각을 이용해 강풍시에도 Wind turbine이 Cut-out 없이 계속발전을 유지할 수 있도록 하는 점에 집중 연구하고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.182.1-182.1
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• 2010

현재 전 세계적으로 가장 널리 개발하고 보급되어지고 있는 풍력산업의 시장 규모는 매년 확대되고 있다. 특히 소형 풍력발전 시스템은 낙도 등의 전력 공급이 어려운 지역에 경제성 있는 전력 보급을 가능하게 한다. 국내의 미전화 지역과 일반 가정에서 풍력 에너지 자원을 적극 활용 개발하기 위해서 보다 우수한 성능의 풍력발전기용 블레이드를 설계하고자, 공기역학적인 최적설계에 대해 연구함으로써 추후 보급형 풍력발전 시스템의 개발에 필요한 설계 기술을 확립하고자한다. 본 연구는 설계된 블레이드의 유동해석 및 성능예측을 위하여 경제적으로 많은 지원이 필요한 대규모 풍동실험이 아닌 상용 CFD를 사용하여 보다 효율적으로 우수한 성능을 가지는 풍력 터빈을 설계함에 있다. Reynolds Averaged Navier-Stokes 방정식에 기반을 둔 CFD의 경우 이론적으로 명확한 해석이 가능하고, 실제 터빈의 운전 환경과 동일한 다양한 물리적 변수를 입력 데이터로서 활용할 수 있는 장점이 있기 때문에 풍력 터빈의 설계 과정에서 반영된 미소한 블레이드 형상변화 및 운전 조건의 변화에 따른 유동장의 변화 및 풍력터빈 성능을 정확히 예측할 수 있는 장점을 가지고 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권11호
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• pp.663-667
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• 2017

최근 화석연료의 사용으로 인한 연료고갈 및 환경문제가 대두되고 있으며 이를 해결하기 위한 대체에너지 개발이 시급한 실정이다. 풍력에너지는 대체에너지 중 지속적으로 무제한 사용할 수 있고 공해물질 배출이 없는 청정에너지로 각광받고 있다. 풍력발전은 바람에너지가 로터 블레이드를 통해서 운동에너지로 변환되고 다시 발전기를 통해서 전기에너지를 발생시키는 에너지 변환기술이며, 풍력발전기의 중요부품인 블레이드의 설계 및 제작은 매우 중요한 요소이지만, 우리나라는 이에 대한 기초자료 및 핵심기술 등이 부족하여 아직도 중요부품들을 외국에서 수입하여 사용하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 저 풍속에서도 발전 가능한 다층형 구조의 블레이드를 소형풍력발전기에 적용하여 풍속 및 블레이드 개수에 따른 발전기의 출력특성을 분석하였다. 연구결과, 최대풍속 8m/s일 때 블레이드 3개를 적용하면 블레이드를 1개 및 2개를 적용했을 때보다 발전기 출력전압은 33% 및 18%로 증가되었고, 발전기 출력전류는 33% 및 15%로 증가되었으며 발전기 RPM은 23% 및 13%로 증가되었다. 본 연구에서다층형 구조의 블레이드를 소형풍력발전기에 적용한 결과 발전기의 출력특성이 향상되었고 저 풍속에서도 전기에너지의 수집이 가능함을 확인하였다.