• 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.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제11권4호
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• pp.30-35
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• 2017

본 연구에서는 자연섬유 복합재료를 적용하여 1kW급 수평축 소형 풍력 발전 시스템 블레이드의 제작과 구조 시험 연구를 수행하였다. 블레이드의 설계 요구 조건을 분석하여 공력 설계를 수행하였다. 공력 설계 이후 구조 설계 하중을 도출하고 블레이드의 구조 설계를 수행하였다. 블레이드의 구조 설계기법은 복합재료를 적용한 단순 설계 기법과 혼합 설계 기법을 적용하였다. 설계된 블레이드의 구조 안전성은 다양한 하중조건, 변위, 좌굴 등의 해석을 위해 유한요소기법으로 분석하였다. 최종 자연 섬유를 적용한 블레이들 제작하였으며, 구조 시험을 수행하였다.

• 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.

• 전력전자학회논문지
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• 제8권3호
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• pp.266-273
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• 2003

풍력 발전 시스템의 제어 알고리즘 개발 및 개발 제품의 성능 시험을 위해 회전자 블레이드를 대신하여 발전기축에 토오크를 입력할 수 있는 풍력 발전기 시뮬레이터를 개발하였다. 제안된 알고리즘은 풍속의 변화에 따른 블레이드의 출력 토오크 변화를 실시간으로 계산하여 직류 전동기 구동을 위한 토오크 지령값으로 사용하며, 특히 회전자 블레이드의 관성이 일반적으로 전동기보다 매우 큰 점에 착안하여 가감속시 회전자 관성에 의한 영향을 고려할 수 있도록 설계되었다. 즉, 바람으로부터 획득하는 운동에너지 중에서 미리 회전자 블레이드 관성 모멘트에 저장/변환되는 에너지를 계산하여 나머지 성분만 발전기 축에 전달하도록 하여 실제로 커다란 관성체를 사용하지 않고도 효과적으로 회전자 블레이드와 발전기부의 동특성을 실제 상황에 가깝게 모의할 수 있다. 직류 전동기를 사용하여 풍속의 변화에 따른 풍력 터빈 시뮬레이터를 설계 제작하고, 시뮬레이션 및 실험을 통해 그 성능을 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.281-286
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• 2006

본 연구의 목적은 차세대 대체에너지로 각광받는 풍력발전 중에서 육상발전보다 여러 가지 이점이 있는 한국형 해상풍력터빈 블레이드의 최적형상설계를 위한 알고리즘을 구현하는 것이다. 블레이드 단면 익형의 양력과 항력 분포는 XFOIL을 이용하여 예측하였다. 첫 번째 수준의 설계변수인 각각의 블레이드 지름과 축 회전수에서 익형의 공력변수들과 최소에너지손실 조건을 이용하여 두 번째 설계변수인 각 블레이드 단면에서의 시위길이와 피치각 분포를 최적화하였다. 그리고 성능결과를 바탕으로 반응면을 구성하고, 확률적 방법을 이용하여 타당성 있는 설계공간까지 첫 번째 설계변수를 이동시키고 구배최적화 기법을 통해 각각의 제약함수를 만족하면서 목적함수를 죄대로 하는 최적블레이드 형상을 구현하였다. 설계된 최적형상에 대해 탈설계점 해석을 수행하여 성능을 구하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제15권1호
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• pp.209-214
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• 2011

본 연구에서는 효과적인 풍력발전기 블레이드의 상태 모니터링을 위하여 대표적 손상형태 중 하나인 로터의 질량 불균형으로 인한 이상상태를 감지할 수 있는 기법을 제안하였다. 이를 위하여 수평축 3-블레이드 풍력발전기를 대상으로, 블레이드 1개의 질량을 증가시키면서 로터의 질량 불균형 조건을 구현한 후 전체 풍력발전기에 대한 동력학 시뮬레이션을 수행하였다. 질량 불균형이 발생하면 부가질량에 의한 원심력에 의하여 나셀의 로터 회전축에 대한 횡방향 진동이 발생하고, 부가 질량의 크기가 커질수록 나셀 횡방향 진동의 진폭이 거의 선형적으로 증가함을 알 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.41.1-41.1
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• 2011

풍력블레이드는 가벼워야 하며 강도면에서 신뢰성이 확보되어야한다. 최근 들어 복합소재를 적용한 블레이드가 많이 선보이고 있다. 현재 가장 많이 사용되는 유리섬유/에폭시는 경제성 및 강도면에서 우수하여 많이 사용되어왔다. 본 논문에서는 유리섬유(80%)-탄소섬유(20%)/에폭시를 사용하여 강도를 높이고 무게를 경감시켜 효율을 증가시키고자 연구하였다. 국내 풍황에 적합한 1kW급 풍력블레이드의 Airfoil을 개발하여 강도를 평가하고 블레이드를 최적화 설계하였다. 유리섬유(80%)-탄소섬유(20%)가 적용된 복합재를 적층방법에 따라 실험하고 이를 블레이드 강도평가에 적용하였으며 FSI (Fluid-Structure Interaction)를 사용하였다. 이를 통해 블레이드의 무게경감 및 강도가 향상되었다.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권1호
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• pp.25-30
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• 2015

풍력발전기의 핵심 부품인 풍력 블레이드는 예상치 못한 풍 하중과 공력 특성으로 인해 불안전한 상태에 놓여 있다. 그에 따라 필연적으로 발생하는 내부 결함을 검출하기 위해 초음파탐상을 이용한 비파괴검사가 주로 진행되어 왔다. 하지만 블레이드의 소재 특성으로 인해 음향 신호 분석에 따른 문제점이 발생한다. 따라서 본 연구에서는 풍력 블레이드 인공결함시험편을 제작후, 능동적 광 적외선열화상 비파괴검사 방법을 이용하여 결함의 크기를 정량화하기 위한 실험을 진행하였다. 100 kW 급 블레이드 내부의 결함 크기 정량화를 위해 알루미늄 켈리브레이션 테이프를 사용하였으며, 게재물(inclusion), 디본딩(debonding), 주름(wrinkle) 결함을 삽입하였다. 실험 결과 모두에서 뚜렷한 결함 검출이 가능하였으며, 결함 크기 정량화 결과 debonding 인공 결함 (${\phi}50.0mm$)에서 최대 98.0%의 정확성을 보였다.

• 비파괴검사학회지
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• 제35권3호
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• pp.179-184
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• 2015

본 연구에서는 풍력 블레이드의 피로손상으로 발생하는 음향방출신호의 특성을 살펴보기 위하여 길이 48 m의 풍력 블레이드 flap fatigue test를 100만 회까지 실시하였다. 60만 회까지는 hit수와 total energy가 꾸준히 증가하는 것으로 보아 블레이드의 손상이 지속되는 것으로 보이며, 주 손상기구는 rise time의 분석결과 기지균열의 생성과 성장으로 판단되었다. 또한 채널별 신호 분석을 통해 가장 손상을 많이 받은 부위가 체결부 20 m 지점의 skin과 spar의 접합 부위로 추정하였고 실제 손상 부위는 육안검사를 통해서도 확인되었다. Event source location 결과는 각 채널의 total energy 변화와 관련이 있었으며, 이러한 결과가 반영됨으로써 풍력 블레이드의 최적 설계에 유용할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권11호
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• pp.1331-1337
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• 2013

본 논문에서는 반응표면법을 이용하여 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적설계를 수행하였다. 선행연구의 구조해석 결과를 살펴보면 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드가 항복강도 이상의 응력이 발생하였으므로, 구조적 안전성을 확보하고자 최적화 기법을 적용한 구조설계를 재수행하였다. 이를 위해 먼저 블레이드에 발생하는 응력에 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하였다. 이에 실험계획법 기반 반응표면법을 적용하였다. 목적함수 및 제한조건은 각각 중량 및 허용응력으로 설정하였다. 또한 중량 및 응력에 대한 설계인자의 영향을 평가하기 위한 민감도 해석을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다.