• 한국추진공학회지
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• 제12권6호
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• pp.21-29
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• 2008

본 연구에서는 부분분사에서 작동하는 소형 축류형 터빈에서, 중요한 설계변수인 노즐에서의 출구유동각과 동익에서의 현절비를 변경하였을 때 발생되는 성능변화에 대하여 실험적인 연구를 수행하였다. 성능시험에 사용된 터빈은 단단으로 구성되며 로터의 평균반경은 35mm였다. 실험에서 최적의 설계변수를 찾기 위하여 세 가지의 현절비와 네 가지의 노즐에서의 출구유동각을 적용하였다. 터빈에서의 전체적인 성능평가를 위하여 총비출력으로 비교하였으며, 부분분사율이 3.4%인 경우에 동익에서의 현절비가 2.18일 때 최고의 성능이 얻어졌다. 이 값은 전분사 시에 적용되는 최적의 현절비에 비하여 74%나 증가한 결과이다.

• 한국추진공학회지
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• 제11권4호
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• pp.10-18
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• 2007

본 연구에 채택된 마이크로터빈은 축류형 터빈으로 2단으로 구성되어져 있으며 로터 유로에서의 평균반경이 8.4 mm이다. 이러한 소형 터빈은 마이크로 동력시스템의 드라이브로 사용되어질 수 있으며 무부하 상태에서 100,000 RPM의 회전속도에 도달한다. 하지만 낮은 부분분사에서 작동하므로 동익과 정익의 익형각에 따라 성능의 변화가 발생되어진다. 따라서 노즐, 정익, 동익의 익형각을 변경하면서 비출력과 총 비토오크를 측정하여 각각의 성능을 분석하였다. 성능실험의 결과에 의하면 동익 익형각의 변화에 따라 총 비토오크가 15%까지 변경되어졌으며 최적의 입사각은 $10.3^{\circ}$ 정도였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권12호
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• pp.76-82
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• 2005

본 연구에서는 축류형 마이크로터빈의 단 수를 단 단에서부터 최대 6단까지 변경하면서 각 단에서의 공력특성을 측정하였다. 실험에 사용된 마이크로터빈은 터빈입구에서 유량계수가 2.0, 부하계수가 3.25이며 유로의 평균직경이 25.8mm인 소형 축류형 다단터빈이 적용되었다. 정익과 동익의 솔리디티는 0.67~0.75 범위의 값이 적용되었으며 입구에 일정한 질유량과 전압력으로 조정한 후에 터빈의 부하를 변경하면서 탈설계 영역에서의 공력특성을 측정하였다. 본 실험에서는 단 당 최대 2kW/kg/sec의 비출력이 얻어졌으나 단수의 증가에 따라 비출력의 증가폭은 다소 완화되었으며, 토오크의 경우는 단수가 증가되면서 낮은 회전수 영역에서는 토오크의 증가폭이 일정하나 높은 회전수영역에서는 토오크의 증가폭이 둔화되었다. 블레이드의 높이에 비하여 팁간격의 영향이 크므로 터빈의 효율은 낮으나 단 수의 증가에 따라 증가가 가능하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권9호
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• pp.898-906
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• 2008

본 연구에 적용된 터빈은 2단으로 구성되며, 첫 번째 단에는 축류형 터빈이 적용되고 두 번째 단에는 반경류형 터빈이 적용되었다. 축류형 터빈에서 동익의 평균반경은 70mm 이며, 반경류형 터빈의 외경은 입구에서 68mm였다. 실험에서 반경류형 터빈의 경우에는 두 개의 다른 형태가 적용되었으며, 최적의 설계변수를 확인하기 위하여 노즐의 각도를 3가지로 변경하면서 실험을 수행하였다. 터빈의 형상에 따른 성능평가를 위하여 총비토오크를 기준으로 비교하였다. 실험의 결과에서 낮은 부분분사에서 작동하면서 고토오크를 얻기 위한 소형터빈의 성능에는 노즐 각도가 가장 중요한 설계변수임을 보여주었다. 부분분사율이 3.4%이면서 노즐의 분사각도가 $75^{\circ}$인 경우에 두 번째 단에 반경류형 터빈을 장착하였을 때 총비토오크는 13%향상하는 결과를 보여주었다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제7권6호
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• pp.28-37
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• 2004

An experimental study is conducted to investigate flow characteristics on a small axial-type turbine which is applied as the rotating part of air tools. It operates in a partial admission due to consumption restriction of the high pressure air. In this operating condition, it is necessary to understand flow characteristics for obtaining the high specific output power. Tested turbine consists of two stages and the mean radius of flow passage is less than 10mm. A 6 bar pressure air is used to operate the turbine. The experimental results show that flow angles depend on the measuring location along the circumferential direction, but its discrepancy is alleviated along the axial direction. Absolute flow velocities show three times difference according to the measuring location at the exit of the first rotor due to the partial admission, but they show similar value at the exit of the second rotor by the velocity diffusion. From the measured flow angles and velocities, a ratio of output power obtained by the first and second rotor is estimated. It shows that the output power obtained by the second rotor is about $11\%$ to that by the first rotor at 60,000 RPM. It is effective therefore to improve the first rotor for increasing the turbine output power.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.101-104
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• 2010

최근 무인기 혹은 소형 항공기들에 대한 수요가 증가함에 따라 소형 터보제트 혹은 터보팬 엔진의 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 이러한 소형 엔진은 요구 추력을 달성하면서 크기와 무게를 줄이는 것이 가장 중요한 설계 인자인데, 이는 곧 비추력(Thrust to Weight) 값이 매우 높음을 의미한다. 비추력 값이 높은 엔진을 설계하기 위해서, 압축기 혹은 터빈 등의 핵심구성품의 경우 크기를 줄이고 단수를 줄이는 방법이 가장 효과적이다. 특히 축류압축기의 경우 일반적으로 다단으로 구성하는데 여러 단으로 구성된 압축기 중에서 단수를 줄이고 남은 단에서의 압력비를 높이는 '고부하 압축기'를 채용함으로써 이러한 문제를 해결할 수 있다. 최근 국내에서도 축류형 압축기에 대한 개발의 필요성이 꾸준히 제기되고 있으며, 이에 본 논문에서는 고부하 축류형 압축기의 설계 및 성능 리뷰 중 주요한 사항에 대해 소개하고자 한다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권9호
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• pp.889-898
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• 2009

본 연구에 적용된 터빈은 사류형 터빈이며 동익의 외경은 108 mm 이다. 터빈은 1.7-2.0%의 낮은 부분분사율에서 작동하므로 익형은 축류형으로 설계되었으며 2단으로 구성되었다. 분사가 축방향으로 형성된 경우와 반경방향으로 형성된 경우에 따른 성능특성의 차이가 연구되었다. 또한 터빈의 단수에 따른 성능특성도 비교 되었다. 터빈의 작동범위에 따른 비교를 위하여 회전수를 변경하면서 성능평가가 이루어졌을 뿐만 아니라 시스템의 평가를 위하여 총 비토오크가 얻어졌다. 사류형 터빈이므로 축방향으로 분사되는 경우가 반경방향으로 분사되어지는 경우보다는 양호한 성능을 얻었으며, 출구단 동익의 효과는 회전수에 의하여 좌우되지만 축방향 분사터빈 경우에 최대 7.8%의 비토오크 상승의 결과를 보여주었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권9호
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• pp.943-954
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• 2010

본 연구에 적용된 터빈은 반경류형이며, 동익의 외경은 108 mm이다. 터빈은 1.4-4.1%의 낮은 부분분사율에서 작동하므로 익형은 축류형으로 설계되었으며 3단으로 구성되었다. 터빈에서 부분분사율과 팁간극 및 노즐유동각의 변화에 따른 성능의 변화를 측정하였다. 또한 터빈의 단수를 변경하면서 각 단수에서 발생되는 출력의 차이에 대한 측정이 이루어졌다. 본 연구의 터빈은 다양한 작동조건에서 운전되므로 넓은 작동범위에 따른 비교를 위하여 회전수를 변경하면서 탈설계 영역에서의 성능 평가가 이루어졌다. 뿐만 아니라 다양한 작동조건에 합당한 시스템의 평가를 위하여 총비오크가 얻어졌다. 아울러 소형터빈의 설계 및 성능예측을 위하여 유동해석을 수행하였으며 얻어진 예측의 결과는 실험으로 얻어진 결과와 잘 일치하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2011년도 제36회 춘계학술대회논문집
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• pp.397-400
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• 2011

소형 가스터빈 엔진에 장착 가능한 저압단 축류 압축기의 공력성능 및 구조적 안정성을 동시에 고려한 최적화 설계를 수행하였다. 근사모델을 구축하여 유전알고리즘을 이용하여 전역 최적화 해를 도출하였다. 최적 설계된 압축기의 동익단은 Hub쪽에서 날개의 부하가 커지되, Tip쪽에서 입사각이 0에 가깝게 설계되었다. 한편 동익의 형상은 허브쪽에서 사다리꼴 모양으로 수렴이 되어 구조적 안정성을 확보하도록 설계가 되었다. 최종적인 수치해석 결과 작동점에서 동익단의 효율은 87.6%이며 구조적 안정성을 나타내는 안전계수는 3이상을 확보하였다.