• 한국유체기계학회 논문집
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• 제18권1호
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• pp.59-64
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• 2015

The pitch control system in wind turbines becomes more and more important as the wind turbines are larger in multi-MW size. PI controller has been applied in most pitch controllers and it has been known that gain-scheduling is essential for pitch control of wind turbines. A demo model of 2 MW wind turbine which represents the whole dynamics of wind turbine including dynamic behaviors of blade, tower and rotational shaft is given in the commercial Bladed S/W for real wind turbines. In this paper, some results on step responses of the pitch PI controller and effectiveness of gain-scheduled pitch PI controller are presented through the Bladed S/W for the 2 MW wind turbine.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제16권6호
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• pp.106-113
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• 2022

본 연구에서는 eVTOL 개인항공기의 개별 블레이드 피치 제어용 선형 구동기 기본설계 모델에 대한 구조 안전성을 검토하였다. Stall 하중에 대한 정적 구조 안전성을 검토하기 위해 유한요소법을 이용한 응력해석을 수행하여 안전여유율을 계산하였다. 또한 선형 구동기의 운용조건에 대한 피로수명을 평가하기 위해 피로 해석을 수행하였다. 다물체 동역학 분석을 통해 블레이드 피치각에 따른 하중이력을 산출하였다. 또한 정하중 해석에 정격하중을 적용하여 응력 분포를 산출하고 피로 해석에 활용하였다. 해석 결과, 선형 구동기의 모든 부품은 0 이상의 안전여유율이 계산되었고, 10⁷ cycles 이상의 피로수명이 산출되어 구조적으로 안전함이 확인되었다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권10호
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• pp.1147-1154
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• 2012

본 논문에서는 풍력발전기의 회전속도와 출력을 제어하기 위한 블레이드 피치 제어기 및 발전기 토크 제어 기법을 제시하고 비선형 시뮬레이션을 통하여 그 성능을 확인하였다. 회전속도 오차 및 출력오차를 이용한 양한정 함수를 정의하고 리아프노프 안정성 이론을 적용하여 정적 피치 제어기와 동적 토크 제어기를 설계하고, 제어기 설계 모델과 실제 적용 모델간의 차이를 보상할 수 있도록 시뮬레이션 기반 최적화를 이용하여 설계 인자 값을 결정하였다. 풍력발전기 제어기 설계에 가장 많이 사용되는 동력 전달계 모델을 기반으로 제어기 설계 절차를 예시하였고, 대표적으로 사용되는 비례-적분-미분 제어 및 최대 출력점 추종 토크 제어기와 성능 비교를 통하여 제안된 제어 설계 기법의 타당성을 검증하였다.

• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제9권2호
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• pp.58-63
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• 2008

This paper describes aerodynamic performance enhancement of cycloidal rotor according to the blade pivot point movement and the blade preset angle adjustment. Cycloidal blade system which consists of several blades rotating about an axis in parallel direction and changing its pitch angle periodically, is a propulsion mechanism of a new concept vertical take off and landing aircraft, cyclocopter. Based on the designed geometry of cyclocopter, numerical analysis was carried out by a general purpose commercial CFD program, STAR-CD. According to tills analysis, the efficiency of cycloidal rotor could be improved more than 15% by the introduced methods.

• 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.

• 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.

• 조명전기설비학회논문지
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• 제21권1호
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• pp.91-97
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• 2007

This paper presents a pitch angle controller of a grid-connected wind turbine system for extracting maximum power from wind and implements a modeling and simulation of the wind turbine system on MATLAB/Simulink. It discusses the maximum power control algorithm for the wind turbine and presents, in a graphical form, the relationship of wind turbine output, rotor speed, and power coefficient with wind speed when the wind turbine is operated under the maximum power control algorithm. The objective of pitch angle control is to extract maximum power from wind and is achieved by regulating the blade pitch angle during above-rated wind speeds in order to bypass excessive energy in the wind. Case studies demonstrate that the pitch angle control is carried out to achieve maximum power extraction during above-rated wind speeds and effectiveness of the proposed controller would be satisfactory.

• 한국항공우주학회지
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• 제35권10호
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• pp.868-874
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• 2007

정지비행시의 헬리콥터 로터 모형의 블레이드의 피치각 변화가 소음방사에 미치는 영향을 수치해석을 통해 파악하였다. 공력 자료는 비정상 패널법과 경험후류 방법을 이용하여 구하였으며, $0^{\circ}$에서 $9^{\circ}$까지 등간격으로 $1.5^{\circ}$ 씩 피치각을 증가시키면서 블레이드 표면상의 공력 하중 분포를 얻어내었다. 수치해석을 통해 얻어낸 두께 소음은 피치각에 무관한 결과를 보였으나, 하중소음은 피치각이 $1.5^{\circ}$ 씩 증가할 때 마다 대략 3~4dBA정도로 소음의 세기가 증가하는 경향을 보였으며, 이정도의 증가분은 소음이 더 커졌음을 감지할 수 있는 충분한 크기라 할 수 있다. 또한 하중소음의 방향성 결과로부터 블레이드의 윗면 보다는 아랫면에서의 소음의 세기가 더 크게 나옴을 알 수 있었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2006년도 춘계학술대회논문집
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• pp.941-945
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• 2006

In the development of electricity generating wind turbines for wind farm application, only two types have survived as the methods of power regulation; stall regulation and fun span pitch control. The sound measurement procedures of IEC 61400-11 are applied to field test and evaluation of noise emission from each of 1.5 MW and 660 kW wind turbine generators (WTG) utilizing the stall regulation and the pitch control for the power regulation, respectively. Apparent sound power level, wind speed dependence and third-octave band levels are evaluated for both of WTGs. It is found that while 1.5 MW WTG using the stall control is found to emit lower sound power than 660 kW one using the pitch control at low wind speed (below 8 m/s), sound power from the former becomes greater than that of the latter in the higher wind speed. Equivalent continuous sound pressure levels (ECSPL) of the stall control type of WTG vary more widely with wind speed than those of the pitch control type of WTG These characteristics are believed to be strongly dependent on the basic difference of the airflow around the blade between the stall regulation and the pitch control types of WTG. These characteristics according to the methods of power regulation lead to the very different noise emission characteristics of WTG depending on the seasons because the average wind speed in summer is lower than the critical velocity over which the airflow on the suction side of blade in the stall types of WT are separated. These results propose that, in view of environmental noise regulation, the developer of wind farm should give enough considerations to the choice of power regulation of their WTG based on the weather conditions of potential wind farm locations.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제17권3호
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• pp.167-173
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• 2014

본 연구에서는, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 바탕으로, 최대 출력계수를 갖는 직경 80 cm의 실험실용 수평축 조류 터빈의 형상을 제시하고, 블레이드 피치각이 변할 때 출력계수의 변화 경향을 조사하였다. 또한 ANSYS-Fluent를 이용한 전산유체해석을 실시하여, 주어진 블레이드 피치각에 대하여 블레이드 요소-모멘텀 이론으로 계산한 출력계수를 검증하였다. 전산유체해석에는 계산 영역의 직경과 길이를 조류 터빈 반경의 15배로 하였고, 계산 영역의 경계에는 열린 경계조건을 인가하였다. 블레이드 요소-모멘텀 이론과 전산유체해석으로 계산한 조류 터빈의 최대 출력계수 약 48%로 서로 잘 일치하였다. 블레이드 피치각을 증가한 경우에는 두 방법으로 산출한 출력계수가 모두 감소하는 경향을 보였고, 그 값들도 서로 유사하였다. 이로부터, 블레이드 요소-모멘텀 이론을 기반으로 설계한 조류 터빈 형상 및 다양한 조건에서 대한 출력계수의 신뢰성을 확인하였다.