• 한국항공우주학회지
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• 제37권2호
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• pp.113-120
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• 2009

로터-기체 사이의 간섭작용을 정확하게 계산하기 위해서는 로터의 회전을 사실적으로 모사할 수 있는 로터-기체 결합형상의 Navier-Stokes 해석이 필요하다. 하지만 회전하는 로터를 포함한 전기체를 해석할 경우 격자가 증가함에 따라 계산 비용과 시간이 증가된다. 모멘텀 소스 방법은 로터를 디스크 격자에 모멘텀 소스로 대체하여 시간 평균된 로터-기체의 간섭작용을 해석하므로 비교적 경제적이면서도 정확한 결과를 얻을 수 있다. 일반적으로 모멘텀 소스 값은 블레이드 요소 이론을 이용하여 구하지만 결과의 정확성이 떨어진다. 따라서 본 연구에서는 모멘텀 소스를 Moving mesh 방법을 이용한 Navier-Stokes 계산을 통해 구하여 정확성을 높였다. 이 모멘텀 소스 값을 이용하여 정상해석을 하여 실험결과와 비교하였다. 기존의 모멘텀 소스 방법은 시간 평균된 유동장만 관찰할 수 있으므로 비정상 유동장을 관찰하기 위하여 비정상 로터-기체 간섭작용 해석 모델을 개발하여 실험결과와 비교해 보았다. 검증을 위하여 간단한 형상인 Georgia Tech 형상을 사용하여 실험결과와 비교해 보았으며 본 연구의 계산결과가 실험결과와 잘 일치하는 것을 볼 수 있었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제35권1호
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• pp.96-101
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• 2011

본 연구에서는 수평축 조류발전용 터빈 블레이드 설계 및 성능평가가 가능하도록 블레이드 끝단 손실모델을 고려한 블레이드요소 운동량 이론을 적용하여 설계를 수행함으로써 관련 설계기법을 확립하였고 최종적으로 설계 및 성능평가를 위한 국산 소프트웨어의 개발을 완료하였다. 개발된 성능평가 소프트웨어인 MCT-Blade V2.0을 통해 2MW급 블레이드 설계 및 성능평가를 수행하였으며, ANSYS FLUENT 상용코드를 이용하여 BEMT에 의한 성능평가 결과의 타당성을 검증하였다. 2.5m/s 정격유속에서 BEMT에 의한 기계적 출력은 2,121kW로써 전기적 출력을 만족하였지만, CFD에 의한 기계적 출력은 1,901kW로써 목표출력에 다소 부족한 결과를 보였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제32권6A호
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• pp.369-378
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• 2012

이 연구에서는 풍력 터빈 블레이드의 형상 최적화를 위한 직접탐색 기반의 최적화 기법을 적용하고, 최적화 기법간의 성능을 비교하여 효과적인 방법을 제안하고자 하였다. 이를 위하여 수평축 풍력 터빈의 최적설계 코드인 HARP_Opt(Horizontal Axis Rotor Performance Optimizer)을 기반으로 연간 발전량 평가 방법을 수정하고, HARP_Opt에서 적용하고 있는 기존의 유전자 알고리즘과 함께 패턴 서치 방법을 추가 적용하였다. 이를 1MW급 풍력 발전 터빈 블레이드의 단면 형상 최적 설계 문제에 적용하였으며, 기존의 유전자 알고리즘 및 마이크로 유전자 알고리즘, 그리고 패턴 서치 방법의 성능을 비교한 결과, 연간 발전량과 해의 일관성 면에 있어서는 패턴 서치 방법이 상대적으로 우수하였으며, 계산시간 측면에서는 마이크로 유전자 알고리즘이 상대적으로 우수한 것으로 분석되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.884-890
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• 2007

10 kW급 수평축 풍력 터빈의 로터를 개발하기 위해 블레이드의 공력 설계 절차를 체계적으로 연구하고 실행하였다. 운동량 이론과 깃 요소법에 근거한 역 설계 방법을 확립하고, 이를 이용하여 주어진 공력 분포에 따른 근사 최적 형상을 설계하였다. 설계된 형상은 공군사관학교의 풍동에서 검증되었고, 본 설계를 통하여 실제로 제작된 로터로부터 실측 데이터를 취득하여 비교하였다. 본 연구를 통하여 저자들은 풍력 터빈 블레이드의 설계 방법에 대한 체계적 기술을 축적하고, 나아가 같은 방법을 중대형 시스템으로 확장하기 위한 기술적 노하우를 취득하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제46권5호
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• pp.368-375
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• 2018

본 연구에서는 부유식 플랫폼의 6자유도 방향으로의 주기 운동이 로터 공력 성능에 미치는 영향을 확인하기 위해 부유식 해상 풍력터빈에 대한 공력 해석이 수행되었다. 수치 해석을 위해 블레이드 요소 운동량 방법을 이용하였으며, 유동 박리와 후류 영향에 의한 비정상 공력 효과를 포착하기 위해 인디셜 응답 방법에 기반한 동적 실속 모델을 이용하였다. 로터에 의해 유도되는 내리 흐름은 운동량 이론과 난류 후류 상태에 대한 경험적 모델을 연계하여 계산하였다. heave, sway, surge 방향으로의 병진 운동과 roll, pitch, yaw 방향으로의 회전 운동을 포함한 플랫폼 주기 운동을 고려하였으며, 각각의 모션은 사인함수 형태로 적용되었다. 수치해석을 위한 대상 풍력터빈으로는 NREL 5MW 풍력터빈이 사용되었다. 해석 결과로부터 세 방향 병진 운동 모드 중, surge 운동 시 로터 공력 변화가 상대적으로 크게 나타났으며, 회전 운동 모드의 경우, pitch 운동에 의해 로터 공력이 크게 변화됨을 확인할 수 있었다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제12권2호
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• pp.156-162
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• 2011

The preliminary design stage of helicopters consists of various operations and in each operation design several detailed analysis tasks are needed. The analysis tasks include performance and the required power estimation. In helicopter design, those are usually carried out by adopting the momentum theory. In this paper, an explicit form of computational analysis based on the blade element theory and uniform/non-uniform inflow model is developed. The other motivation of the present development is to obtain trim and required power estimation for various helicopter configurations. Sectional and hub loads, power, trim, and flapping equations are derived by using a symbolic tool. Iterative computations are carried out till convergence is achieved in the blade response, inflow, and trim. The predictions regarding the trim and power estimation turn out to be correlated well with the experimental results. The effect of inflow is further investigated. It is found that the present prediction for the lateral cyclic pitch angle is improved with the non-uniform inflow model as compared to that by the uniform inflow model. The presently improved trim and power estimation will be useful for future helicopter sizing and performance analysis.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.891-898
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• 2007

피치 제어형 수평축 풍력터빈에 대한 공력최적 설계 형상과 피치 변화에 따른 공력 성능 특성을 수치적으로 계산하였다. 수치적 방법은 날개 요소이론을 적용하였으며, Prandtl의 팁 손실 효과, 에어포일의 분포 효과, 후류의 회전 효과 등을 고려하였다. 블레이드 설계에는 총 6개의 서로 다른 에어포일을 사용하였으며, 구조적 강성을 갖기 위해서 허브 측에는 최대 40% 두께비의 에어포일을 분포시켰다. 최적 설계에서 얻어진 비선형 코드 길이는 제작성과 무게 등을 고려하여 선형화 시켰고, 선형화에 따른 공력성능 변화는 무시할만하다는 결과를 얻어내었다. 피치각 변화에 따른 동력성능, 추력성능, 토크 성능 곡선을 비교한 결과 $3^{\circ}$의 피치각 변화에도 민감한 공력 값의 변동이 생김을 알 수 있었고, 정밀한 피치 제어를 위한 각도 제어는 증분이 $3^{\circ}$보다 작은 값으로 피치 제어 알고리즘과 피치 구동 장치가 필요함을 알 수 있었다. 또한 최대 토크는 설계속도비보다 작은 속도비에서 발생되는 결과를 보여주었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권12호
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• pp.25-34
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• 2006

본 논문에서는 풍력 발전시스템의 피치 제어 알고리즘 설계 기법을 검토하고 비선형 시뮬레이션을 수행한 결과를 제시한다. 풍력 발전시스템을 다몸체 시스템으로 간주하고 로터 블레이드에 작용하는 공력 및 토크 계산을 위해 블레이드 요소 및 모멘텀 이론을 근거로 공력 모델링을 수행하였다. 제어기 설계를 위해, 풍력 발전시스템은 서로 상대적으로 구속한 체 운동하는 1 자유도 시스템으로 가정하여 선형 방정식을 수립하고, 로터 회전속도를 제어하기 위해 PID 제어기를 설계하였다. FORTRAN 언어를 기반으로 작성된 비선형 시뮬레이터 WINSIM을 이용하여 다양한 풍속 시나리오와 운전 방식에서 제어기의 성능을 시뮬레이션을 통해 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.62.1-62.1
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• 2011

The wind can be stronger and steadier further from shore, but water depth is also deeper. Then bottom-mounted towers are not feasible, and floating turbines are more competitive. There are additional motions in an offshore floating wind turbine, which results in a more complex aerodynamics operating environment for the turbine rotor. Many aerodynamic analysis methods rely on blade element momentum theory to investigate aerodynamic load, which are not valid in vortex ring state that occurs in floating wind turbine operations. So, vortex lattice method, which is more physical, was used in this analysis. Floating platform's prescribed positions were calculated in the time domain by using floating system RAO and waves that are simulated using JONSWAP spectrum. The average value of in-plane aerodynamic force increase, but the value of out-of-plane force decrease. The maximum variation aerodynamic force abruptly increases in severe sea state. Especially, as the pitch motion of the barge platform is large, this motion should be avoided to decrease the aerodynamic load variation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.59.2-59.2
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• 2011

Although there are many activities on the construction of wind farm to produce amount of power from the wind, in practice power productions are not as much as its expected capabilities. This is because a lack of both the prediction of wind resources and the aerodynamic analysis on turbines with far wake effects. In far wake region, there are velocity deficits and increases of the turbulence intensity which lead to the power losses of the next turbine and the increases of dynamic loadings which could reduce system's life. The analysis on power losses and the increases of fatigue loadings in the wind farm is needed to prevent these unwanted consequences. Therefore, in this study velocity deficits have been predicted and aerodynamic analysis on turbines in the far wake is carried out from these velocity profiles. Ainslie's eddy viscosity wake model is adopted to determine a wake velocity and aerodynamic analysis on wind turbines is predicted by the numerical methods such as blade element momentum theory(BEMT) and vortex lattice method(VLM). The results show that velocity recovery is more rapid in the wake region with higher turbulence intensity. Since the velocity deficit is larger when the turbine has higher thrust coefficient, there is a huge aerodynamic power loss at the downstream turbine.