• 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.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 추계학술대회 논문집
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• pp.396-399
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• 2007

풍력 블레이드용으로 설계된 에어포일에 대하여 풍동 시험을 수행하였다. 설계된 에어포일의 레이놀즈수 범위에 맞추고자 코드 길이 40cm의 모델에 대하여 유속 17m/s, 35m/s, 50m/s에 대하여 에어포일 표면에서의 압력과 에어포일 뒤쪽 레이크에서의 압력을 측정하였다. 이를 통하여 설계에 사용된 기법의 타당성과 설계된 에어포일에 대하여 설계 변수에 대한 실질적 만족도에 대하여 평가하였다. 이와 더불어 표면 거칠기에 대한 모사를 위하여 트립도트를 부착하여 시험을 수행하였다. 이를 통하여 레이놀즈수와 표면 거칠기에 따른 에어포일의 성능 및 유동 변화 특성에 대하여 파악 할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.427-430
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• 2009

풍력 터빈 블레이드용 익형의 경우 운용 조건에서 높은 양항비를 가지도록 설계되나 풍속, 풍향의 변동에 의해 운용조건에 변화가 발생할 경우 성능의 저하가 발생할 수 있다. 따라서 운용조건의 변동이 발생하더라도 공력 성능이 크게 변하지 않는 익형이 요구된다. 본 연구에서는 이러한 운용조건의 불확실성을 고려하여 풍력 터빈 블레이드용 익형의 신뢰성 기반 강건 최적 설계를 수행하였다. 익형 설계를 위해서 여러 익형 형상 변수들을 고려할 수 있는 익형 모델링 함수를 정의하였고 기저형상으로는 NREL에서 개발한 S809 익형을 사용하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제33권2호
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• pp.95-101
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• 2020

풍력터빈 블레이드는 바람의 운동에너지를 축일로 변환하는 장치로서 상대적으로 고속 회전하면서 양력과 항력의 다양한 하중 조합과 진동에 견딜 수 있도록 내구 강도가 큰 경량의 재료를 선택하여 강성을 증가시키는 구조를 갖도록 설계되어야 한다. 본 연구는 CFRP 프리프레그를 사용하여 소형 풍력 블레이드를 제작하는 경우 공정 시간을 단축하는 기술을 개발하려는 목적으로 수행되었다. QBlade 수치해석 프로그램을 사용하여 블레이드의 형상을 결정하였다. 주어진 풍속에서 바람에 의해 부가되는 양력과 항력을 계산하는 유체역학 수치해석을 수행하고, 대표적인 블레이드 구조에 대해 블레이드 외피 재료에 가해지는 폰미세스 응력을 예측하는 재료역학 수치해석을 수행하였다. 인장 강도 시험의 불확실도를 개선하기 위해 ASTM D638 규정을 수정하여 새로운 시편의 형상을 제안하였고, 기존 형상의 인장 강도와 유사한 평균값을 얻되 파단 위치의 재현성이 향상됨을 확인하였다. 일련의 실험을 통해 소형 풍력블레이드의 제작에 블래더 가압 방식을 적용하면 충분한 내구 강도를 확보하면서 공정시간을 단축할 수 있음을 확인하였다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2007년도 춘계학술대회 논문집 전기기기 및 에너지변환시스템부문
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• pp.173-176
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• 2007

본 논문에서는 풍속이 가변하는 상황에서 풍력 발전 시스템의 동작을 모의 할 수 있는 풍력 터빈 시뮬레이터를 설계 구현하였다. 실제 풍속과 회전 속도를 실시간으로 입력받으며, 토크 계산에 필요한 블레이드의 효율을 주속비에 관한 함수로 처리하여 사용함으로써 복잡한 조작 없이 가변 풍속조건에서 블레이드에 의한 토크입력을 모의할 수 있게 하였다. 또한 풍력터빈 시뮬레이터를 이용하여 농형 유도발전기식 풍력발전시스템을 구성하여 계통에 연계하였을 경우 발생되는 무효전력을 보상하기 위해 펄스 다중화 보조브리지회로를 이용한 새로운 구조의 36-펄스 전압원 컨버터방식의 실시간 무효전력보상기(STATCOM)를 적용하였다. 그리고 동작특성을 분석하고 제어시스템의 성능해석을 위하여 시뮬레이션 프로그램인 EMTDC/PSCAD를 이용한 시뮬레이션을 실시하였으며, 축소모형 하드웨어 실험을 통해 실험을 통한 분석을 실시하였다.

• 전력전자학회논문지
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• 제9권1호
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• pp.1-9
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• 2004

본 논문에서는 로터 블레이드, 발전기, 로터 블레이드와 발전기에 연결된 고/저속 회전축 및 회전축간의 회전력을 전달하는 기어 시스템 등 다수의 몸체가 서로 상대적인 운동이 가능한 채 연결되어 있는 단일로터 수평축 풍력발전 시스템을 다몸체 시스템으로 간주한 후, 다몸체 역학을 이용한 풍력발전 시스템 모델링 기법을 제안하였다. 이를 기반으로 풍력발전 시스템의 성능 해석을 위한 시뮬레이터를 개발하였다. 그리고 다양한 시뮬레이션을 통해 제안된 풍력발전 시스템 모델링 기법과 시뮬레이터의 타당성을 검증하였다.

• 신재생에너지
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• 제2권4호
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• pp.12-18
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• 2006

풍력터빈 풍동시험의 경우 모델 축소에 의한 레이놀즈 수 감소가 풍력터빈 성능에 미치는 영향이 적절히 고려되어야 한다. 본 연구를 통해 수치해석과 축소모델 풍동시험을 통해 모델 축소효과를 파악하여 이를 적절히 보상하는 기법을 개발하고자 한다. 이를 위해 풍력터빈 형상 및 실물모델 시험데이터가 공개되어 있는 NREL Phase VI 모델을 표준모델로 선정하여 수치해석 및 풍동시험을 수행하였다. 풍동시험은 KARI LSWT에서 2006. 10에 수행되었으며, 블레이드 끝단 속도를 실물 모델과 일치시켰으며 시험부 유속은 0$\sim$25m/s, 블레이드 설치각은 3도 조건을 기준조건으로 사용하였다. 축소모델 시험결과 최대토크는 약 10% 정도 감소현상을 보이고 있다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권3호
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• pp.297-304
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• 2012

블레이드의 성능 평가를 위하여 실제 사용 환경과 근접한 하중 모사에 따른 이축 하중의 필요성이 제기되고 있으며, 본 본문에서는 이러한 이축 하중에 따른 블레이드의 거동을 해석하였다. 100kW급 풍력 블레이드를 대상으로 하였으며, ANSYS를 사용하여 정적거동을 분석하였다. 정적거동은 파손해석과 좌굴거동으로 분석하였으며, 파손 평가는 Puck이 제안한 파손 방정식을 이용하여 섬유 파손과 섬유간 파손 기준을 검토하였다. 이축하중의 하중비가 증가함에 따라 루트부 단면이 변하는 후연부와 루트에서 Z+ 3300~3600인 지점에서 응력이 상대적으로 크게 나타났다. 또한 이축 하중비가 증가함에 따라 블레이드 좌굴 지점이 루트부 쪽으로 이동되고 있음을 확인하였다. 따라서 블레이드의 사용 신뢰성을 검증하기 위해서는 이축 하중에 의한 시험이 요구되고 있음을 본 해석을 통해서 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.201-208
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• 2009

최근 화석 연료가 고갈됨에 따라 대체 에너지 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 여러 대체 에너지들 중 풍력 발전시스템은 바람의 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어 주는 시스템으로 매우 친환경적이기 때문에 다양하게 연구되고 있다. 따라서 본 연구에서 500W급 소형 풍력 발전용 블레이드의 개발을 통해 외국에 비하여 상대적으로 풍속이 낮은 국내와 같은 지역에 적용할 수 있는 블레이드 설계를 수행하였다. 본 논문에서는 피로수명을 고려한 고효율 경량화 블레이드의 공력설계 및 구조설계 방법이 제안되었으며, 구조해석으로 선형 정적해석, 좌굴해석, 진동모드해석이 수행되었다. 이론적 해석 결과를 입증하기 위하여 구조 시험 및 공력 성능 시험 결과 비교적 잘 일치하며 설계 요구 조건을 만족함을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권4호
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• pp.423-429
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• 2013

수직축 풍력발전기의 발전 전력을 유동해석을 이용하여 예측하였다. 해석은 블레이드 회전 속도를 고정하고 그 회전 속도에서 토크를 반력으로 추출하였다. 여러 경우의 블레이드의 회전 속도에 대해 토크를 구하고 발전 용량을 계산하였다. 회전 속도에 따른 발전 토크와 발전 용량을 계산함으로써 최적의 발전기와 그 때의 회전 속도를 선정할 수 있었다. 또한, 블레이드의 개수와 블레이드의 형상에 대해 해석을 수행하여 그 영향을 분석하였다. 마지막으로 실험을 수행하여 그 결과를 비교하였다.