• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2009년도 추계학술대회 논문집
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• pp.465-465
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• 2009

Wind power is one of the most reliable renewable energy sources and the installed wind turbine capacities are increasing radically every year. Although wind power has been favored by the public in general, the problem with the impact of wind turbine noise on people living in the vicinity of the turbines has been increased. Low noise wind turbine design is becoming more important as noise is spreading more adverse effect of wind turbine to public. This paper demonstrates the design of 10 kW class wind turbines, each of three blades, a rotor diameter 6.4m, a rated rotating speed 200 rpm and a rated wind speed 10 m/s. The optimized airfoil is dedicated for the 75% spanwise position because the dominant source of a wind turbine blade has been known as trailing edge noise from the outer 25% of the blade. Numerical computations are performed for incompressible flow and for Mach number at 0.145 and for Reynolds numbers at $1.02{\times}10^6$ with a lift performance, which is resistant to surface contamination and turbulence intensity. The objective in the low design process is to reduce noise emission, while sustaining high aerodynamic efficiency. Dominant broadband noise sources are predicted by semi-empirical formulas composed of the groundwork by Brooks et al. and Lowson associated with typical wind turbine operation conditions. During the airfoil redesign process, the aerodynamic performance is analyzed to minimize the wind turbine power loss. The results obtained from the design process show that the design method is capable of designing airfoils with reduced noise using a commercial 10 kW class wind turbine blade airfoil as a basis. The new optimized airfoil clearly indicates reduction of total SPL about 3 dB and higher aerodynamic performance.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권11호
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• pp.1049-1059
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• 2010

본 연구는 헬리콥터 블레이드 플랜폼의 공력최적 설계를 다루었다. 블레이드 3차원 공력형상 설계단계에서 결정해야하는 주요 설계 요소를 정의하고 B$\acute{e}$zier 곡선 등을 이용하여 매개변수화 하였다. 매개변수화와 설계 구속조건은 경험적 요소와 노하우를 반영하여 산업체나 연구소 등에서 사용하고 있는 설계기법을 활용하여 정의하였다. 호버링 FM과 전진비행 등가 양항비를 최적설계 문제의 목적함수로 반영하였다. 유도된 비선형 최적화 문제는 SQP기법으로 풀이하였으며 응용연구를 통해 본 연구의 기법으로 블레이드의 익형배치, 비틀림 및 시위분포 등 중요한 플랜폼 형상을 효과적으로 설계할 수 있음을 보였다.

• 한국유체기계학회 논문집
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• 제13권1호
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• pp.42-51
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• 2010

Many different types of fan have been applying to various industrial fields. Fan design methods are much different depending on the types of fan, operating conditions, and connecting parts at the inlet or exit of the fan etc. In this study, design methods for an axial-type suction fan are studied. This fan discharges the air in the relative static pressure of -285Pa to the atmosphere with the flow rate of $960m^3/min$. For three-dimensional blade design, three different design methods were applied, such as the free vortex method, the exponential method, and the cascade method. In the cascade method, the blade loading along the radial direction was obtained from the lift coefficient which was necessary to obtain the pressure rise on a fan rotor. This method is different from the free vortex and the exponential method which control the strength of the vortex. The fan performance prediction was conducted using the CFD with three different inlet ducts. The best fan performance was obtained when the fan was designed by using the cascade method. The designed fan using the exponential method showed better performance compared to a fan designed using the free vortex method. However, the fan performance was changed depending on the installed inlet ducts. So, an efficient fan can be designed with the adjustment of design variables on the basis of the flow structures within the fan as well as the fan design procedure.

• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.59-59
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• 2017

무인 헬리콥터의 양력을 개선하기 위한 익형 설계 단계로서 두꺼운 익형(V1505A)과 얇고 처진 익형(V2008B)의 기본 두 익형의 특성을 예측하는데 있어 회전하는 블레이드의 현실적 조건을 반영한 3D 모델을 마련하고 성능을 예측하였다. Fluent를 이용한 400 mm 선형모델의 시뮬레이션에서는 V1505A 익형은 높은 받음각에서 안정적인 특성을 보인 반면 V2008B는 비교적 높은 동력효율 특성을 보였으나, 높은 받음각에서는 실속 이후 양력이 급락하는 특성을 나타낸다. 형성된 노드 수는 약 870,000개로 하였다. 시위길이 135 mm인 익형 V2008B의 형상은 ANSYS (Fluent v16.2)를 이용해 반경(길이) 1,502 (1,380) mm 의 로터 블레이드를 구성하였다. 충분하지 않은 유동장이 익형 표면에서의 유동의 영향에 영향을 주지 않도록 직경 20 m의 원방경계(far field)를 형성하였다. 사용된 매쉬의 형태는 정사면체 형태로 로터 표면으로부터의 첫 번째 두께 높이는 0.001 m이고 10개의 층으로 형성하였다. 정지 비행하는 헬리콥터의 상태를 가정하여 회전좌표계를 이용하여 정상상태의 유동을 해석하고 사용된 난류모델은 넓은 영역에서의 유동을 고려하여 Realizable $k-{\varepsilon}$ 모델을 사용하였다. 내측그립 받음각 $6{\sim}22^{\circ}$에 대하여 현실적인 회전속도를 연동하여 600~1000 rpm을 적용하였다. 반복수(iteration)는 2000으로 하여 잔차값(residual)이 충분히 수렴하도록 하였다. 전체적으로 실제 헬리콥터가 발휘하는 양력보다는 낮은 수치로 예측되었으며 모델 및 해석 조건에 대한 검토가 필요해 보인다. 양력 값은 받음각 $10^{\circ}$에서 자중(약 68 kgf)을 극복하였고 받음각 $12^{\circ}$에 유상하중 20 kgf을 발휘하며 888 N의 양력을 보였다, 이어 받음각 $22^{\circ}$에서 실속 현상이 발생하였다. 받음각이 증가함에 따라 항력 역시 증가하였으며 받음각 $12^{\circ}$에서 121 N이었고 실속에 이르며 항력은 갑자기 증가할 것으로 예측된다. 본 연구는 변이 익형 개발의 선행 단계로 기본 익형에 대한 공력특성을 CFD 시뮬레이션을 통하여 예측하였다. 예측 값은 현실적 실험방법을 통하여 검증이 되어야 하며 이후 변이익형에 대한 예측과 설계가 가능하다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제14권1호
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• pp.68-73
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• 2020

본 논문은 산악 지형, 도심, 함정, 교량 등에서 수직 이·착륙 비행, 제자리 비행, 고정익기처럼 저속 및 고속비행을 할 수 있는 덕티드 추진체를 사용한 수직 이·착륙 초소형 무인 항공기 개발 동향을 기술한다. 이 항공기는 여러 측면에서 헬리콥터와 고정익기와는 비행 특성이 다르다. 미육군 미래 전투 체계와 DARPA의 OAV 프로그램의 목적은 운용자에 안전하고 낮은 음향 특성을 갖는 수직 이·착륙 덕티드 팬 초소형 무인 항공기 개발이다. 현재의 초소형 무인 항공기에 영상/적외선 카메라를 탑재하고 숲이나 언덕 뒤에 숨어 있는 적을 정지비행과 응시로 약 1 시간 동안 감시 및 정찰을 한다. OAV의 Class-I은 개인 병사가 배낭에 담아 운반할 수 있는 크기와 무게의 수직 이·착륙 덕티드 MAV 개발이다. Class-II는 Class-I보다 두 배의 운용 시간과 더 넓은 범위의 비행이 가능한 유기체의 수직 이·착륙 덕티드 팬 초소형 무인 항공기 개발이다. 초소형 무인기는 장시간 운용을 위해 현재의 '호버 및 응시'에서 '퍼치-앤-응시'으로 기술을 발전시켜야 한다. 근 미래의 OAV 개념은 유·무인 지상 차량이 주행하는 동안에 차량의 상부에 자동 이착륙하고, 탑재된 상태로 이동하고, 재급유, 재충전, 재이륙하는 합동 운용으로 임무 능력과 효율성을 확장하는 것이다. 덕티드 MAV는 지상 차량의 착륙 패드에서 자동으로 이착륙하기 위해 저렴한 초소형 GPS를 활용한 고정밀 상대 위치 기술 개발이 필요하다. 또한, VTOL 덕티드 MAV와 유·무인 지상 차량 간에 유기체의 협업 동작이 가능케하는 공통 명령과 제어 아키텍처를 개발할 필요가 있다.

• 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.