역설계 과정을 통한 3kW 풍력발전기 블레이드의 CAD 데이터 생성 및 공력해석

Abstract

역설계란, 개념설계, 개발, 제품화의 순서와는 다르게 존재하는 제품으로부터 설계 의도를 파악하고, 그 정보로부터 제품화 이전의 과정을 재현할 수 있는 설계기법이며, 설계변경을 통해 최적 설계, 경제적 공정설계를 새로 구상할 수 있다는 것에 의미가 있다. 최근에, 신재생 발전설비의 경우 주요 선도국가로부터 수입해서 사용하는 부품의 비율도 상당한데, 설비에 문제가 생기는 경우 유지보수 기간이 오래 걸리거나, 기존 설비 규격에 맞는 제품을 자체 제작하는 수밖에 없어 시간적, 비용적 손실을 어쩔 수 없이 감수해야 한다. 본 논문 연구에서는, 역설계 과정을 통해 풍력발전기 블레이드에 대하여 3차원 스캐닝 후 CAD/CAM/CAE에 사용 가능한 모델을 설계하고, 그 모델의 성능을 검증하기 위해 공력성능에 대한 해석을 수행하였다. 그 결과, 역설계한 블레이드의 성능이 본래 제품의 성능과 6.01%의 차이를 확인하였지만, 풍속이 5 m/s 이상에서는 그 성능의 차이가 2.28% 이하로 매우 정확하고 유사한 경향성을 나타낸다. 또한, 블레이드 제작에 필요한 도면을 작성할 수 있었고, 에어포일 10개를 취득하였다. 이번 과정을 통해 자동차, 농업기계, 항공기, 군수산업 등의 설계, 제조가 가능한 모든 분야에서 역설계 적용이 가능하며, 국내의 자체 기술력을 확보하는 국산화의 기반이 될 수 있다.|Reverse design is a design technique that can identify design intentions from products that exist differently from the order of conceptual design, development, and commercialization, and reproduce the process before commercialization from the information.

Recently, renewable power generation facilities have a significant proportion of parts imported from major leading countries, and if there is a problem with the facilities, it takes a long time to maintain them, or they have no choice but to manufacture products that meet the existing facility standards.

Therefore, after 3D scanning of the wind generator blade through the reverse design process, a model available for CAD/CAM/CAE was designed, and the aerodynamic performance was analyzed to verify the performance of the model.

As a result, it was confirmed that the performance of the reverse designed blade was 6.01% different from that of the original product, but when the wind speed is 5 m/s or higher, the difference in performance is 2.28%, which is very accurate and similar. In addition, drawings necessary for blade manufacturing could be prepared, and 10 airfoil were obtained. Through this process, reverse design and application can be applied in all fields that can be designed and manufactured in automobiles, agricultural machinery, aircraft, and military industries, and it can be the basis for localization to secure domestic technology.