생체 영감을 활용한 블레이드 디자인 제언: 수직축 풍력발전 블레이드 디자인 중심으로 = Suggestion for Blade Design Using Bio-Inspiration : Based on the Design of VAWT(Vertical Axis Wind Turbine) Blade

국문 초록 (Abstract)

연구 배경: 현재 소형 풍력발전은 전력 생산성이 떨어져 보편화되지 못하였지만, 소형 풍력발전을 고속도로, 지하철 터널 등에 병렬로 다수 설치한다면, 상업용에 가까운 에너지를 얻을 수 있을 거라는 단순한 생각에서 연구가 시작되었다. 따라서 이를 위한 ‘고효율 블레이드 디자인’이 필요하여 연구되었다. 연구 방법: 본 연구는 실제 블레이드를 제작하여 실증적 연구하였으며 다수의 사례를 통해 귀납적 추론으로 진행되었다. paddle 형 항력 블레이드와 NACA 0011 프로파일을 활용한 블레이드, 이를 어류의 몸동작 형태로부터 영감을 받아 프로파일을 휜 블레이드(Bent NACA 0011) 등 3종을 제작하여 비교 실험하였다. 연구 결과: 항력 블레이드의 회전 속도는 고속으로 상승하는 장점에 비해 풍속을 초과하지 않았다. NACA 0011은 이론적으로 풍속을 초과한다고 하였지만 풍속에 근접한 수준으로 미미하였다. Bend NACA 0011은 회전 시작 2분 40초경 풍속을 초과하여 고속으로 회전하였다. 결론: 생체영감으로 설계된 Bent NACA 0011 블레이드의 결과를 통해 회전 방향으로 휘어진 형태인 블레이드가 수직축 풍력발전 블레이드로 효율적임을 확인하였다. 항력 블레이드는 효율이 낮다고 알려졌음에도 저속의 풍속에서도 기동하고 빠르게 상승하는 것을 통해 많이 활용되는 이유를 파악하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: Currently, small wind power generation is not common due to low power productivity, but the study began with the simple idea that close to commercial energy could be obtained if a large number of small wind power generation was installed in parallel on highways and subway tunnels. Therefore, a 'high-efficiency blade design' was needed for this study. method: Research method: This study was conducted empirically by manufacturing actual blades and conducted by inductive reasoning through several cases. Three types were manufactured and compared: a paddle-type drag blade, a blade using the NACA 0011 profile, and a Bent NACA 0011 blade that was inspired by the shape of the fish's body movements. Results: The rotational speed of the drag blade did not exceed the wind speed compared to the advantage of rising at a high speed. NACA 0011 was theoretically said to exceed the wind speed, but it was insignificant at a level close to the wind speed. Bent NACA 0011 exceeded the wind speed and rotated at high speed around 2 minutes and 40 seconds after the start of the rotation. Conclusion: Through the results of the Bent NACA 0011 blade designed as bioinspiration, it was confirmed that it was efficient to bend the blade rotating around the vertical axis in the rotation direction. The reason why drag blades are widely used by maneuvering even at low wind speeds was identified.