This work dealt with the design and manufacturing of composite blades of a vertical axis wind turbine system. In this work, aerodynamic and structural designs of sandwich composite blades for a vertical axis wind turbine system were performed. First, the aerodynamic and structural design requirements of the composite blades were investigated. After the structural design was complete, a structural analysis of the wind turbine blades was performed using the finite element analysis method. It was performed with the stress and displacement analysis at the applied load condition. A design modification for the structurally weak part was proposed as a result of the structural analysis. Through another structural analysis, it was confirmed that the final designed blade structure is safe.
In this study, an optimal structural design framework has been developed for the structural design of composite helicopter blades. The optimal design framework is constructed using PSGA (Particle Swarm assisted Genetic Algorithm), which combines the genetic algorithm and particle swarm optimizer. The optimization process consists of a finite element (FE) modeling over the blade section, two-dimensional (2D) cross-sectional FE analysis, and 1D rotating blade analysis. In the design process, the geometric curves and surfaces are formed using the B-spline scheme while discretizing the sections via a FE mesh generation program Gmsh. The blade cross-sections are created in accordance with the design variables when performing the blade structural analysis. The proposed optimization design framework is applied to a modernization of the HART II (Higher-harmonic Aeroacoustics Rotor Test II) blades. It is demonstrated that an improved blade design is reached through the current optimization framework with the satisfaction of all design requirements set for the study.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.3
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pp.23-30
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2003
In this study, the various load cases by specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade was performed using the finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable configuration of blade structure was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable for all the considerd load cases. Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design loads and also the fatigue loads. The fatigue life for operating more than 20 years was estimated by using the well-known S-N linear damage rule, the load spectrum and Spera's empirical equations. The full-scale static test was performed under the simulated aerodynamic loads. from the experimental results, it was found that the designed blade had the structural integrity. Furthermore the measured results were agreed with the analytical results such as deflections, strains, the mass and the radial center of gravity. The studied blade was successfully certified by an international institute, GL, of Germany.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.11a
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pp.190-193
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2005
The purpose of the present study is to design a 500W-class micro scale composite wind turbine blade. The blade airfoil of FFA-W3-211 was selected to meet Korean weather condition. The skin-spar-f Dam sandwich type structure was adopted for improving buckling and vibration damping characteristics. The design loads were determined at wind speed of 25m/s. and the structural analysis was performed to confirm safety and stability from strength. buckling and natural frequency using the finite element code. NISA II [6]. The prototype was manufactured using the hand-lay up method and it was experimently tested using the sand bag loading method. In order to evaluate the design results. it was compared with experimental results. According to comparison results. the estimated results such as compressible stress. max tip deflection natural frequency and buckling load factor were well agreed with the experimental results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.2
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pp.159-166
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2018
In this study, the internal structural design, dynamic characteristics and load analyses of the small scaled rotor blade required for LCH(Light Civil Helicopter) main rotor wind tunnel test were carried out. The test is performed to evaluate the aerodynamic performance and noise characteristics of the LCH main rotor system. Therefore, the Mach-scale technique was appled to design the small scaled blade to simulate the equivalent aerodynamic characteristics as the full scale rotor system. It is necessary to increase the rotor speed to maintain the same blade tip speed as the full scale blade. In addition, the blade weight, section stiffness, and natural frequency were scaled according to the Mach-type scaling factor(${\lambda}$). For the design of skin, spar, torsion box, which are the main components of the blade, carbon and glass fiber composite materials were adopted, and composite materials are prepreg types that can be supplied domestically. The KSec2D program was used to evaluate the section stiffness of the blade. Also, structural loads and dynamic characteristics of the Mach scale blade were investigated through the comprehensive rotorcraft analysis program CAMRADII.
The aim of this work is conduct the study on light weight and structural performance improvement of the composite wind power blade. GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic) pre-empted by CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic), the major material of wind power blade, was identified the superiority of mechanical performance through the tensile and fatigue test. SENT(Single Edge Notched Tension) specimen fracture test was conducted on the specimen that laminated together 2 ply CFRP with 4 ply GFRP through DIC(Digital Image Correlation) analysis. The SENT specimen thickness and $a_0/W$ ratio is 1.45 mm and 0.2, respectively. The fracture test accomplished with displacement control with 0.1 mm/min at the room temperature. The experimental apparatus used for the fracture test consisted of a 50kN universal dynamic tester and CCD camera connected to a personal computer (PC), which was used to record images of the specimen surface. Following data acquisition, the images and load-displacements were transferred to the PC, on which the DIC software was implement. The experiment and DIC analysis results show that CFRP/GFRP laminated composite exhibits improvement of the strength, compared with that of the existing blade material. This study shows the result that the strength of CFRP rotor blade of wind turbine satisfies through the experimental and DIC method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.37
no.2
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pp.201-208
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2009
Recently, the wind energy has been widely used as a renewable energy resource due to lack and environmental issues of the mostly used fossil fuel. This work is to develop a 500W class small wind turbine blade which will be applicable to relatively low speed region like Korea and for the domestic use. For this blade a high efficiency wind turbine blade was designed with the proposing aerodynamic design procedure, and a light and low cost composite structure blade was designed considering fatigue life. Structural analyses including load case study, stress, deformation, buckling and vibration analysis were performed using the Finite Element Method. The fatigue life was estimated using the load spectrum analysis and the Miner rule. In order to evaluate the designed blade, the structural and aerodynamic performance tests were carried out, and the test results were compared with the analysis results.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.46
no.7
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pp.575-582
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2018
The spaceborne cooler is applied to cool down of the focal plane of the infrared detector of the observation satellite. However, this cooler induces unnecessary micro-jitter which can degrade the image quality of the high-resolution observation satellite. In this study, we proposed a multi-layered blade type vibration isolator to attenuate micro-vibration generated from a spaceborne cooler, while assuring structural safety of the cooler under severe launch loads without an additional launch-lock device. The blade of the isolator is formed with multi-layers in order to obtain durability against fatigue failure and an adhesive is applied between each layers for granting high damping capability under launch vibration environment. In this study, the basic characteristics of the isolator were measured using the free-vibration test. The effectiveness of the isolator design was demonstrated by launch vibration test at qualification level.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.11
no.2
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pp.145-153
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2010
In this work, the comprehensive structural dynamics codes including DYMORE and CAMRAD II are used to validate the higher harmonic control aeroacoustic rotor test (HART) II data in descending flight condition. A total of 16 finite elements along with 17 aerodynamic panels are used for the CAMRAD II analysis; whereas, in the DYMORE analysis, 10 finite elements with 31 equally-spaced aerodynamic panels are utilized. To improve the prediction capability of the DYMORE analysis, the finite state dynamic inflow model is upgraded with a free vortex wake model comprised of near shed wake and trailed tip vortices. The predicted results on aerodynamic loads and blade motions are correlated with the HART II measurement data for the baseline, minimum noise and minimum vibration cases. It is found that an improvement of solution, especially for blade vortex interaction airloads, is achieved with the free wake method employed in the DYMORE analysis. Overall, fair to good correlation is achieved for the test cases considered in this study.
Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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2011.06a
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pp.107-113
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2011
The windshield wiper consists of 4 parts: a blade, an arm, a linkage and a motor. The wiper blade makes contact with the windshield and is designed to be operated normally at an angle of 30~50 degrees to the front glass. If the contact pressure between the wiper blade and windshield surface is too high, noise and wear of the rubber will result. On the other hand, if the contact pressure is too low, the performance will do badly, since foreign substances such as dust and stains will not be removed well. The pressure and friction of the wiper blade has a great influence on its effectiveness in cleaning the front window. This is due to the contact of the rubber with the window. This paper presents the dynamic analysis method to estimate the performance of the flat type blade of the wiper system. The blade has a nonlinear characteristic since the rubber is an incompressible hyper-elastic and visco-elastic material. Thus, Structural dynamic analysis using a complex contact model for the blade is performed to find the characteristics of the blade. The flexible multi-body dynamic model is verified by the comparison between test and analysis result. Also, the optimization using the central composite design table is performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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