KR880001892B1 - 풍력터어빈 날개의 제작방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

풍력터어빈 날개의 제작방법

제1도는 전형적인 에어포일(airfoil)의 사시도.

제2도는 제1도의 에어포일의 일부에 대한 도식도.

제3도는 제2도의 선 3-3의 도식적인 단면도.

제4도는 본 발명의 방법을 실시하는데 사용되는 컴퓨터의 개략도.

제5도는 제4도의 컴퓨터를 이용하여 본 발명의 방법을 실시하기 위한 각단계를 도시하는 유통도.

본 발명은 합성섬유를 권취하여서되는 대형 풍력 터어빈 회전자 날개의 제작방법에 관한 것으로, 특히 합성섬유를 오목한 맨드릴 표면에 권취시켜 에어포일(airfoil)을 형성시키도록 할때 브리지(bridge)의 형성을 방지시킬 수 있게 할 수 있는 풍력 터어빈 날개의 제작방법에 관한 것이다.

만약, 권취 공정중에 장력을 받게 되는 섬유가 오목한 맨드릴 표면에 그 오목한 형상을 따라 권취되지 않게 되면, 브리지가 형성되어 표면에 공간이 생기게 되며, 그로 인해 날개가 약화되게 된다.

프로펠러 및 회전자 날개와 같은 에러포일의 제작방법은 종래부터 잘 알려져 있는 것으로, 목재, 합판, 여러가지 금속, 그리고 최근 들어서는 유리섬유와 같은 합성재료를 사용하도록 되어있다.

풍력터어빈 발전기등에 사용되는 회전자 날개는 직경이 101.5m에 이르는 대형으로 되어 있는데, 그러한 크기 때문에 특수한 문제가 발생하게 된다. 이러한 날개를 제작하는데 있어서, 날개의 중량 및 비용을 절감시킬 수 있는 적당한 기술로서, 맨드릴에 섬유를 권취하도록 하는 방법이 널리 사용되어 오고 있는데, 그에 있어서는 수지가 주입된 필라멘트로된 밴드를 천천히 회전하는 맨드릴 위에 권취하도록 되어있다. 상기 밴드는 통상 약5cm의 폭을 가진 것으로, 서로 분리된 스풀로부터 각각 풀려나오는 다수의 로빙(roving)으로 구성되고, 각각의 로빙은 다수의 필라멘트로 구성되며, 따라서 밴드는 분리된 수천개의 유리 필라멘트로 구성되는 것이다. 맨드릴의 회전기간 동안에는 가이드가 설치되므로써, 밴드를 맨드릴상의 요구되는 경로를 따라 권취시킬 수 있게 되어 있다. 브리지는 맨드릴이 원통형상을 가질때는 발생하지 않고, 오목형상을 가질때만 발생하게 되는것으로, 특히 풍력터어빈 날개의 경우에 발생할 수 있는데, 그 이유는 그러한 날개는 비틀려져 있고 날개의 루우트 부근이 오목하게 되어 있기 때문이다. 또한, 오목현상은 필라멘트의 권취각도가 30°내지 40°가 될 경우에도 요구되는 밴드 경로를 따라 나타나게 된다. 만약 밴드 경로를 따라 날개를 절단하였을때, 그 절단면 상에서 맨드릴과 이것을 가로질러 단단히 당겨져 있는 필라멘트 사이에 공간이 존재하게 되면, 그 절단면에는 브리지가 발생된 것이다.

브리지에 의해 야기되는 문제는 공간의 존재로, 이것은 날개를 약화시키게 만든다. 따라서, 그러한 공간을 유리 및 수지로 채워 견고한 구조물로 만들도록 할 수는 있으나, 이와같이 하는 것은 상당한 비용증가를 야기시키는 외에도 중량증가의 문제점을 초래시킬 뿐만 아니라, 섬유의 조밀도가 불량하게 되어 수지대 유리의 비율이 증가하게 되고 그에 따라 강도가 저하하게 된다.

섬유의 권취각도는 날개의 형상 및 그에 가해지는 부하에 따라 결정되게 되는 것으로, 날개의 길이 방향축을 따라 변화될 수 있을 것이다. 또한, 기존의 권취방법에 있어서는 다수의 권취경로를 두어 날개를 여러 섬유층으로 형성시키게 하고 있으며, 또한 어떤 경우에는 섬유층을 날개의 특정부분에 특히 더 많이 제공하게 할 수도 있는데, 일예로 회전자 날개에 있어서는 외단보다 내단, 즉 허브단에 더 많은 섬유층을 제공하여 구조적인 강성도를 증가시키게 하고 부하를 흡수케 하도록 하는 것이 관례이다.

대부분의 경우 날개단에는 소위 "어댑터 링" 인 권취링을 설치하여 날개 제작기간동안 상기 링 주위에 섬유를 권취시키고, 제작이 완료된 후에는 그러한 날개단에서 섬유를 절단해내 버리게 되는데, 이러한 기술은 이미 공지된 것이다.

또한, 소정의 경우에는 섬유의 각 권취 경로에 따라 각기 다른 조성의 섬유를 사용하거나, 또는 섬유층의 두께를 각기 달리하거나, 또는 간격, 권취각도등을 달리할 수도 있다. 또한, 권취를 한번은 오른쪽 나사방향으로 다음은 왼쪽나사 방향으로 번갈아 할 수도 있는데, 이 역시 통상의 기술이다.

대형 날개는 맨드릴에 섬유를 권취하여 제작하는 것이 보통인데, 그러한 맨드릴은 합판으로 된 프레임에 와이어망을 피복시키고 플라스터를 충전시켜 형성하거나, 또는 알루미늄 또는 플라스틱으로 형성시킬 수 있을 것이다. 또한, 소정의 경우에는 회전자 또는 날개의 내부에 날개보(spar)를 맨드릴에 인접하게 위치시켜 강도를 증가시키게 하고 있다. 날개를 제작한 후에는 맨드릴을 날개의 내부로 부터 분리해낼 수 있는데, 물론 설치한 상태로 그대로 두어 구조적인 보강재로서 작용하게 할 수도 있을 것이다.

본 발명을 설명하는데 있어서는 본 발명을 실시하는데 수지 또는 에폭시 매트릭스를 피복한 섬유를 사용하는 것으로 하였지만, 물론 다른 형태의 섬유 및 에폭시 매트릭스를 사용하는 것도 가능하며, 종류도 단일 또는 여러가지를 모두 사용할 수 있다.

소정의 경우에는 권취각도를 변화시킴으로써 브리지의 발생을 방지시킬 수도 있지만, 이와같이 권취각도를 변화시키게 되면 회전자의 강도 및 부하흡수 특성이 변화하기 때문에 항상 실시 가능한 것은 못된다. 브리지의 발생을 방지시키기 위한 다른 방법으로는 날개의 설계를 수정하는 것을 들 수 있는데, 이와같이 하는 것은 날개를 설치한 장치의 성능에 상당한 영향을 줄 뿐만 아니라, 모든 권취각도에 대해서 브리지 발생을 항상 방지할 수 있게 하지는 못한다. 보다 좋은 방법으로는 설계된 날개의 기하학적 형상을 검토하여 맨드릴에서 브리지가 발생하게 될 부분을 결정해낸뒤, 상기 기하학적 형상을 수정하여 맨드릴에서의 브리지 발생을 방지하도록 하는 것을 들 수 있는데, 그에 있어서, 브리지의 발생을 방지하도록 기하학적 형상을 수정한다 함은 어떠한 밴드 경로를 따라서도 오목현상이 존재하지 않게 날개의 형상을 수정하는 것을 의미하는 것으로, 그러한 날개형상의 수정은 날개의 루우트 부분중 후연부 부근에서 행해지게 되며, 따라서 날개의 공기 역학적인 성능에는 거의 영향을 주지 않게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 섬유를 권취하여서 되는 대형의 회전자 날개의 제작시 브리지의 발생을 방지 또는 감소시킬 수 있는 풍력터어빈 회전자 날개의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 합성섬유를 맨드릴에 권취시킬때 브리지가 발생하게 될 부분을 결정하도록 하는 풍력 터어빈 회전자 날개의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 합성섬유가 권취되게 되는 맨드릴의 형상에 약간의 변화를 주어 브리지의 발생을 방지시키도록 하는 풍력터어빈 회전자 날개의 제작방법에 관한 것이다.

본 발명에 따라, 맨드릴에 합성섬유를 권취하여 날개를 제작할시에 브리지가 발생하게될 부분을 결정하여 에어포일 표면의 형상을 수정함으로써 브리지의 발생을 방지시킬 수 있는 풍력터어빈 회전자 날개의 제작방법이 제공되는데, 상기 방법은 원통형 좌표와 같은 소정의 선택된 좌표계의 설계 데이터에 의해 에어포일표면을 정립하고, 일정간격을 두고 에어포일상에 기준 좌표점을 선택하여 두는 공정으로 구성된다.

실예로, 권취축을 포함하는 다수의 길이방향 평면을 스트링어(stringer)로 지정하고, 권취축에 대하여 수직을 이루는 평면을 스테이션(station)으로 지정하여, 상기 평면들을 서로 교차시킴으로써 일련의 좌표점을 정립시키고, 각 좌표점으로 부터는 섬유 권취 평면과 일치하는 두 개의 직선, 즉 선택된 좌표점으로부터 섬유 권취 방향으로 섬유 권취평면과 일치되게 연장되는 제1직선과, 상기 좌표점으로부터 제1직선의 섬유 권취 방향의 반대 방향으로 섬유 권취 평면과 일치되게 연장되는 제2직선을 각각 그어, 상기 두 직선을 상기 좌표점에 인접한 스트링어 또는 스테이션(어느것을 선택하여도 무방함)과 교차시키게 함으로써, 상기 두 직선에 의해 상기 좌표점과 그에 인접한 스트링어 또는 스테이션의 교차점을 연결시킨다. 그뒤에, 권취평면상에 위치하는 상기 교차점들을 연결하여 제3직선을 정립한 후, 상기 좌표점과 제3직선중 어느것이 더 권취축에 근접하여 있는가를 결정한다. 만약, 제3직선보다 좌표점이 권취축에 더 근접하여 있는 경우에는 상기 좌표점에서는 브리지가 발생된 것이고, 그와같이 브리지가 발생된 것이라면 좌표점의 높이를 제3직선의 높이까지 상승시켜 브리지의 발생을 방지시키도록 하여야 한다. 이와같은 방식으로 상기의 방법을 에어포일의 축단부상의 경계점을 제외한 모든 좌표점에 대하여 반복적으로 시행하게 되는데, 상기 방법의 시행은 수동 계산에 의해 이루게 할 수도 있으나 컴퓨터를 이용하여 자동화시키는 것이 바람직하다. 또한, 스트링어 및 스테이션은 꼭 평면이 되어야할 필요는 없으며, 각기 권취축에 대하여 평행하고 수직을 이룰 필요도 없다. 이상과 같은 본 발명의 방법은 에어포일의 형상 또는 에어포일 표면 및 밴드의 권취경로에 대한 기하학적 형상을 나타낼 수 있는 어떠한 좌표계에 대해서도 적용될 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관해 설명하겠다.

에어포일을 풍력터어빈 구동용의 회전자 날개와 같은 특정목적에 사용하도록 설계할 경우, 설계상에, 즉 일례로 외형, 길이, 공기역학적인 성능, 중량, 부하의 분포등에 소정의 제약이 뒤따르게 될 뿐만 아니라, 날개의 제작에 어려움을 초래시키더라도 변경할 수 없는 설계 매개변수들도 많이 존재하게 된다.

대형풍력터어빈 날개를 제작할 경우, 종래의 제작기술로는 비용이 많이 들뿐만 아니라 어려움도 뒤따르게 되고, 따라서 섬유를 권취하여 제작하는 것이 최적인 것으로 알려져 왔는데, 이와같이 하는 경우에는 이미 상술한 바와같이 브리지 발생때문에 예상밖의 문제점이 존재하게 되었다. 그러나 이에 대하여, 본 발명은 섬유가 권취되게되는 맨드릴을 시험 결과에 따라 수정하거나 또는 날개를 재설계하지 않음과 동시에 날개의 공기역학적인 성능에 거의 영향이 미치지 않게 하면서 상기의 문제점을 해소시키도록 해주고 있다. 본 발명의 방법은 수동기술, 즉 규정의 기하학적 절차를 이용하여 수동으로 시행할 수 있는데, 반복시행하는 것이므로 컴퓨터를 이용하면 더욱 효과적이다. 이후의 설명에서는 본 발명의 각 공정을 수동으로 시행하는 것으로 설명하겠지만, 컴퓨터를 이용하게 되면 동일공정을 보다 신속하고도 효과적으로 이루게 할 수 있음은 물론이다.

제1도에는 회전자 날개(10)와 같은 전형적인 에어포일의 일부분이 도시되어 있는데, 상기 날개(10)의 횡단면은 특정적으로 도시하지는 않았지만 축방향을 따라 칫수 및 만곡도가 변화하게 되어 있고, 허브단이 외단보다 두껍게 되어있는 것으로 가정한다.

본 발명의 방법은 다양한 형상을 갖는 기존의 어떠한 공기 역학적인 에어포일에도 적용 가능하고, 그러한 에어포일뿐만 아니라 어떠한 형상의 표면에도 적용시킬 수 있다.

일단 날개가 설계되면, 섬유 또는 필라멘트를 요구되는 공기 역학적인 형태로 권취시킬 수 있도록, 섬유를 권취할 맨드릴을 제작하는 것이 필요한데, 회전자 날개를 제작하는 경우 정규의 설계에 따라 맨드릴을 제작하게 되면 브리지의 발생 문제 때문에 날개제작에 어려움이 뒤따르고, 그 때문에 만족스러운 날개를 얻지 못하게 된다. 물론, 맨드릴의 제작후에 직선자등을 사용하여 섬유가 권취될 맨드릴의 권취경로를 따라 맨드릴을 검사하여 존해할 수도 있는 오목한 부분을 교정할 수도 있으나, 이러한 방법은 대단히 많은 시간을 요할뿐만 아니라, 만약 맨드릴을 교정하는 경우 그러한 교정때문에 반대방향으로 섬유를 권취할때 또 다른 오목한 부분이 발생되었는지의 여부를 결정할 수 있도록 또 다른 검사가 필요하게 되며, 따라서 이러한 방법을 실용화한다는 것은 바람직하지 못한 것이다.

본 발명의 방법은 맨드릴의 제작전에 정규의 기하학적 기술을 이용하여 오목한 부분이 섬유 권취 경로에 존재하는 가의 여부를 설계데이터를 통해 결정하고, 만약 오목한 부분이 존재한다면 맨드릴의 제작에 앞서 맨 드리릴의 형태를 수정하여 브리지의 발생을 방지시킬 수 있다.

날개를 설계하는데 있어서는 원통형 좌표계가 다소 불합리한 점은 있더라도 자주 이용되는데, 그이유는 원통형 좌표계에 있어서는 한 좌표계에서 다른 좌표계로 변경시키는 것을 간단한 수학에 의해서 이룰수 있기 때문이다. 이와 같은 원통형 좌표계를 이용하는 것으로 가정할 경우, 수동 또는 컴퓨터 기술에 의하여 날개의 권취축을 지나는 평면인 다수의 스트링어들을 기하학적으로 확립시킬 수 있는데, 물론 상기 스트링어는 꼭 날개의 권취축을 지나는 평면일 필요는 없다. 제1도에는 날개의 권취축을 지나는 3개의 스트링어 A,B,C가 도시되어 있는데, 실제로 스트링어의 기하학적 형태 및 갯수는 가변적인 것이다.

각각의 스트링어는 에어포일의 둘레를 따라 배치되고, 5°와 같은 고정간격을 두고 또는 에어포일 곡선이 크게 형성되는 선단 및 후단연부를 따라서는 1/2°로 그리고 날개의 단면이 대체로 직선을 이루는 곳에서는 10°로 이격 배치될 수 있을 것이다. 각각의 스트링어는 꼭 필요치는 않는 것이지만 보통, 날개의 권취축을 지나는 평면에 있을때라도 에어포일과 교차하는 지점에서는 제2도에 도시된 바와 같이 서로 평행하게 되지 않고, 사실상 에어포일곡선에 따라 곡선을 이루게 될 것이다. 일예로, 에어포일 선단여부를 따라 연장되는 스트링어는 에어포일이 그 끝에서 보다 폭이 좁아지고 축방향을 따라 만곡되기 때문에 2차원으로 만곡될 것이다.

제1도에는 또한 다수의 스테이션이 스테이션 1,2…9로 표시되어 있는데, 각각의 스테이션은 꼭 필요치는 않은 것이지만 보통권취축에 대해 수직인 평면에 존재하게 된다.

권취축은 부호(8)로 표시되어 있다. 스테이션의 갯수는 날개의 길이와 곡률에 따라 결정되며, 스테이션간 거리는 날개길이의 약5%로 되어있다.

좌표점(12)(제1도)은 모든 스트링어와 모든 스테이션간의 각 교점으로 정의된다.

제1도에 도시된 에어포일은 어댑터링 또는 턴어라운드링(turnaround ring)으로 언급되는 권취링을 지닐 수 있는데, 일례로 회전자의 경우는 실제로 스테이션 3까지만 회전자 날개로 되고, 나머지 스테이션 2,1은 권취링의 일부로 되게 된다. 일반적으로 본 발명을 실시하는데는 권취링이 필요하게 되는데, 그 이유는 그러한 권취링을 사용함으로써 에어포일뿐만 아니라 에어포일과 권취링간의 공유지역을 브리지를 발생시키지 않게 설계할 수 있기 때문이다.

수학적인 기술에 의해 시행되는 다음의 방법은 경계점을 제외한 에어포일상의 모든 좌표점에 대해 반복 사용되게 된다.

제2도에 도시된 바와 같이, 스트링어 B와 스테이션 3의 교점에 위치되는 좌표점(14)을 먼저 선택하기로 한다.

제2도는 에어포일의 선택된 부분에 대한 2차원의 평면도로서, 실제로 에어포일의 횡단면은 변화한다는 것을, 즉 제2도의 각 지점은 에어포일의 설계 함수로서 도면평면내로의 또는 그로부터의 길이 또는 높이가 변화한다는 것을 주지하기 바란다.

그 뒤에는, 선택된 상기 좌표점(14)을 통해 섬유가 권취되는 각도에 상응하는 각도를 가지조 연장되는 두개의 평면(16),(18)을 확립시키고, 그 평면을 권취 평면으로 지정한다.

권취평면(16)의 경우, 제3도에 도시된 바와 같이 권취평면(16)상에 존재하는 두 개의 직선(15),(17)을 확립시킬 수 있는데, 제1직선(15)은 좌표점(14)로 부터 스테이션 4 또는 스트링어 A와 교차할때까지 연장되어, 제2도에 도시된 바와 같이 각각 교점(B₄)또는 (A₁)을 확립시키게 되며, 제2직선(17)은 좌표점(14)으로부터 상기 제1직선(15)과는 반대방향으로 스테이션 2 또는 스트링어 C와 교차할때까지 연장되어, 제2도에 도시된 바와 같이 각각 교점(B₂)또는 (C₁)을 확립시키게 되며, 상기의 경우 좌표점에 인접한 스테이션 또는 스트링어중 어느 것을 선택하여 사용하여도 무방하다. 두 직선(15),(17)은 모두 권취평면(16)상에 존재하는 것이긴 하지만, 서로 일직선을 이루게 되지는 않는에, 그 이유는 에어포일 표면이 삼차원의 표면이기 때문이다.

또한, 권취경로를 확립시키는데는 상기한 바와 같은 권취평면이 아닌 다른 기하학적 모델을 이용하는 것도 가능하며, 본 발명은 어떠한 기하학적 모델도 이용 가능하다는 것을 주지하기 바란다.

권취평면(18)의 경우에도, 상기 권취평면내에서 좌표점(14)으로부터 인접한 스트링어 또는 스테이션까지 서로 반대방향으로 연장되는 두 개의 직선이 확립되어, 제1직선의 경우은 교점(A₂)또는 (C₂)를 확립시키고 제2직선의 경우는 교점(D₂)또는 (D₄)를 확립시키게 되는데, 이하의 설명에 있어서는 스트링어와 교차하여서 되는 교점을 선택하기로 하겠다.

이상과 같이 한 뒤에는 권취축으로 부터 각 교점까지의 거리를 결정해야 하는데, 이 거리는 좌표점들에 의해 알 수 있는 것이다.

인접한 좌표점들 간을 연결하는 선을 직선이라고 가정하고, 권취평면이 좌표점에서 인접한 스트링어 또는 스테이션과 교차하는 것이 불가능하다는 점을 고려할때, 제3도에 도시된 바와 같이 교점(A₁)및 (C₁)간을 연결하는 제3직선(20)을 그을 수 있는데, 그러한 제3직선(20)과 좌표점(14)간의 상대 위치에 의해 좌표점(14)에 브리지가 발생하였는지의 여부를 알수 있게 된다. 즉, 좌표점이 제3직선(20)보다 낮게 부호(14a)로 표시된 위치에 있게 되면, 그 좌표점에는 브리지가 발생한 것이다. 제3직선(20)상에 있거나 그 상부에 있는 좌표점은 브리지된 것이 아니지만, 제3직선(20)의 하부에 있는 좌표점은 브리지가 발생한 것이다.

만약 좌표점에 브리지가 발생한 것이라면, 좌표점의 위치를 제3직선(20)의 높이까지 들어올려 브리지의 발생을 방지시켜야 한다.

지금까지는 교점(A₁)또는 (C₁)을 사용하여 본 발명의 방법을 시행하였는데, 모든 교점은 동일선상에 위치함과 동시에 권취평면상에 존재하는 것이므로, 교점(B₂)또는 (B₄)를 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다.

이상과 같이 권취평면(16)에 대한 일련의 공정이 완료된 후에는, 권취평면(18)에 대하여 상기의 공정을 반복하도록 하며, 그와 같이 함으로써 한 좌표점에 대한 처리가 완료되는 것이다.

상기한 바와 같은 방법을 경계점이외의 모든 좌표점에 대해 반복시행함으로써, 본 발명 방법의 일반복이 완료되는 것이다.

만약 권취경로가 평면으로 확립되지 않게 되면, 제3직선(20)은 권취축으로부터 그에 대해 수직한 방향으로 좌표점을 지나 연장되는 직선과 교차하지 않게 되는데, 그와같이 되는 경우에도 본 발명의 방법을 시행하는데는 문제가 없게 된다. 왜냐하면, 그 이유는 권취축으로부터 제3직선까지의 거리와 권취축으로부터 좌표점까지의 거리의 차가 시행데이터가 되기 때문이다.

상기한 실시예에 있어서는 일좌표점에 대하여 두 권취평면(16), (18)에서 모두 브리지 발생여부 검사를 한 후 다음 좌표점에 대하여 동일한 방식으로 브리지 발생여부 검사를 하도록 하고 있으나, 소정의 경우에는 다른 실시예로서, 먼저 제1권취경로, 즉 일례로 오른쪽 나사방향의 권취경로를 따라서 모든 좌표점에 대하여 브리지 발생여부 검사를 하고, 다음에 제2권취경로, 즉 일례로 왼쪽 나사방향의 권취경로를 따라서 모든 좌표점에 대하여 브리지 발생여부 검사를 하도록 할 수도 있는데, 전자의 실시예에 따르면, 즉 일좌표점에 대하여 양 권취경로를 따라 모두 브리지 발생여부 검사를 한 후에 다음 좌표점에 대하여 브리지 발생여부 검사를 하도록 하게 되면, 소정의 경우에 브리지가 발생되어 있는 좌표점의 위치를 교정하지 않아도 된다. 즉, 일례로, 비교적 미약한 브리지가 최하 섬유층, 즉 제1섬유층의 권취경로에서 한 좌표점에 발생하였다 하더라도, 반대방향으로 진행하는 다음 섬유층 즉, 제2섬유층의 권취경로에서는 제1섬유층이 제2섬유층에 의해 눌러 맨드릴과 접촉하게 됨으로써 상기 좌표점에 브리지가 발생하지 않게 될 수도 있기 때문에, 소정의 경우에는 상기한 바와 같은 미약한 브리지의 발생은 무시하여도 브리지의 발생을 방지할 수 있게 된다.

만약 브리지의 발생을 방지하도록 좌표점의 위치를 상승시켰다면, 그러한 좌표점의 상승으로 인해 다른 좌표점에 브리지가 발생하게 되지 않았는가의 여부를 결정할 수 있도록 상술한 바와 같은 본 발명의 방법을 한번 더 반복 시행하여야만 한다.

스트링어 및 스테이션의 갯수, 즉 좌표점의 갯수는 날개의 만곡도에 따라 적절히 선택할 수 있는 것으로, 일례로 피치 변화 및 만곡도가 큰 날개의 경우에는 보다 많은 좌표점을 제공하는 것이 바람직하다.

지금까지 본 발명의 방법은 원통형 좌표계를 이용하여 시행하는 것으로 설명하였으나, 에어포일 설계데이터를 기하학적 또는 수학적으로 단순히 변경시켜 원통형 좌표계가 아닌 다른 좌표계를 이용하여 시행하는 것도 가능하다. 또한, 스트링어 및 스테이션도 꼭 평면이 되어야 할 필요도 없고, 권취축에 대해 수직을 이루지 않아도 된다. 브리지의 발생을 방지하도록 각 좌표점의 위치를 교정한 후에 확립되는 좌표점의 최종좌표는 에어포일을 형성시켰는데 적합한 맨드릴을 설계하는데 사용되며, 그러한 최종좌표를 분석함에 따라 날개의 공기역학적인 성능 및 구조적인 성능을 알 수 있게 된다.

제4도에는 본 발명의 방법을 시행하는데 이용되는 컴퓨터가 도시되어 있는데, 상기 컴퓨터를 이용하게 되면 본 발명의 방법을 단순화시킬 수 있을뿐만 아니라 가장 효율적으로 시행할 수 있게 된다.

제5도는 본 발명의 방법을 시행하기 위한 컴퓨터 프로그램의 유통도로서, 본 발명의 방법은 적당한 디지탈 컴퓨터 또는 프로그램되어 있는 아날로그 컴퓨터, 또는 마이크로 프로세서 등을 사용하여 상기 유통로에 도시된 각 단계별로 시행할 수 있다.

실제의 프로그램 단계는 컴퓨터의 기능 및 컴퓨터 언어에 따라 변경될 수 있는 것으로, 간단한 수학적 계산단계 또는, 논리단계인데, 그러한 단계의 시행은 이미 공지된 것이다.

본 발명의 방법을 실시하는데 사용된 프로그램은 본건 출원인이 개발한 "Program F143"으로, "IBM 370/168"컴퓨터를 사용하도록 되어 있다.

또한 각단계는 계산을 용이하게 하도록 바람직하게 삼각 함수와 지수함수에 대한 계산을 행하는 HP65와 같은 휴대용 계산기에 의해서도 시행할 수 있다. 이러한 컴퓨터 자체는 본 발명에 속하지 않는 것으로, 단지 본 발명을 가장 효율적인 방식으로 시행할 수 있게 하는 장치의 일례일 뿐이다.

제4도에는 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 디지탈 컴퓨터의 기본 요소들이 도시되어 있는데, 그에 있어서, 입력장치(50)는 일례로 테이프 덱크 또는 펀치카드 판독기로서, 에어포일설계데이터 및 프로그램 명령을 기억장치(52)와 연산 및 제어장치(54)에 전달하게 된다. 그와 같이 하여 프로그램명령이 실행되게 되면, 출력데이터가 프린터와 같은 출력장치(56)에 전달되게 된다. 기억장치(52)와 연산 및 제어장치(54)는 선(58)을 통해 서로 접속되어 있으며, 특히 연산 및 제어장치(54)는 특정프로그램에 대한 제어논리 회로와, 지령 및 어드레스를 가진 기억장치로 부터의 명령을 수신하는 명령 레지스터와, 상기 기억장치와 쌍방통신을 하여 명령을 실행하는 연산장치와, 기억장치에 요구되는 데이터를 전달하는 어드레스 레지스터를 구비하고 있다. 입, 출력 장치는 컴퓨터 언어를 다른 언어로 또는 다른 언어를 컴퓨터 언어로 번역하기 위한 주변 장치를 가지고 있다. 이외의 다른 컴퓨터 부품들은 이미 주지되어 있는 것이므로 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.

제5도에는 제4도에 도시된 컴퓨터 또는 그와 유사한 다른 형식의 컴퓨터에 의하여 시행하는 각 프로그램단계를 나타내는 유통도를 도시한 것이다. 본 발명의 방법을 자동화시킬 경우에는 브리지의 발생을 방지시키는데 필요한 좌표점의 변화에 수치적인 한계치를 설정해 두는 것이 바람직하다. 즉, 일례로 좌표점이 0.05㎝와 같이 아주 작은 정도로 브리지된 경우에는 그러한 브리지를 무시토록 하거나, 아니면 전혀 브리지를 발생시키지 않도록 모든 좌표점을 세밀히 검사할 필요가 있는 것이다. 그러나, 실제로 브리지의 발생을 0.05㎝이내로 제한시킬 수 있는 맨드릴을 제작하는 것은 불가능하고, 따라서 이와같은 정도의 미소 브리지의 발생은 항상 무시되고 있다. 그리하여, 제5도의 블록(100)에서는 명령에 의하여 브리지의 발생을 방지시키기 위한 좌표점 변화의 한계치를 결정하여 그 한계치를 컴퓨터의 기억장치에 기억시키게 된다. 이경우, 한계치는 "0"으로, 즉 브리지의 발생을 완전히 방지시킬 수 있게 설정될 수도 있을 것이다. 제5도에는 표시되지 않았으나, 본 발명의 방법을 반복 시행하는 최대회수를 설정하고, 각각의 반복회수를 계수하여 최대반복 회수에 도달하였을때 프로그램을 중지시켜야만 한다. 이때, 일부 좌표점에서는 여전히 브리지가 발생되어 있을 수도 있으나, 대부분의 것 또는 적어도 브리지 발생정도가 큰 것은 교정되어 있게 될 것이다. 또한, 제1섬유층에서 브리지가 발생된 경우라도 다음 섬유층에서 브리지가 발생되지 않게 되면, 제1섬유층에서 발생한 브리지는 무시하는 것이 바람직하다.

이와같이 하여 좌표점의 변화한계치를 설정한 후에는 프로그램을 블록 (102)로 진행시키게 되는데, 이 블록(102)에서는 전체날개에 대한 프로그램의 각 반복을 개시할때는 컴퓨터 기억 레지스터에 "0"을 설정해 두게 되며, 프로그램의 진행중에는 프로그램 일반복중에 브리지의 발생을 방지시키는데 필요한 좌표점의 최대변화치를 상기 기억레지스터에 기억시키게 되며, 그리하여 궁극적으로 기억 레지스터에 기억된 최대변화치와 블록(100)에서 명령에 의해 설정된 한계치의 비교에 의하여 프로그램을 종료할 것인가의 여부, 즉 브리지가 발생되지 않았는지의 여부, 또는 가장 크게 브리지된 좌표점의 변화치가 제한치보다 작은지의 여부, 또는 브리지의 발생을 방지시키기 위한 좌표점의 변화치가 제한치보다 큼으로 인해 또 다른 프로그램 반복이 필요한지의 여부를 결정하게 된다.

다음 프로그램 단계로서, 블록(104)에서 제1좌표점을 선택하게 되고, 이어 블록(106)에서 컴퓨터 기억장치에 기억된 날개에 대한 설계데이터에 의하여 좌표점의 설계치, 즉 권취축으로부터 선택된 좌표점까지의 거리를 결정하게 되며, 다음 단계로서 블록(108)에서 브리지의 발생을 방지시키는데 필요한 좌표점의 값을 계산하게 되는데, 이는 제2도에 도시된 바와같이 타좌표점들 사이에 존재하는 지점(A₁)또는 (C₁), 지점(B₂)또는 (B₄), 지점(A₂)또는 (C₂), 그리고 지점(D₂)또는 (D₄)의 설계치를 계산함으로써 이루어지게 된다.

그뒤에는 제3도에 도시된 바와 같이 브리지의 발생을 방지시킬 수 있는 권취축으로부터 좌표점까지의 거리를 계산하게 된다. 다음 단계로서 블록(110)에서, 상기 블록(106)에서 구한 설계치, 즉 권취축으로 부터 선택된 좌표점까지의 설계거리와, 상기 블록(108)에서 구한 계산치, 즉 브리지 발생을 방지시킬 수 있는 권취축으로부터 좌표점까지의 계산거리를 비교하게 되고, 그에 의하여 설계치가 계산치보다 작은 것으로 결정되면 브리지가 발생한 것이므로 프로그램은 블록(112)로 진행하게 되는데, 이 블록(112)에서는 좌표점의 설계치를 브리지의 발생을 방지시키는데 필요한 계산치로 변화시키게 되며, 그 다음 단계로서 블록(114)에서 브리지의 발생을 방지시키기 위한 좌표점의 변화치와 블록(102)에서의 명령에 의하여 기억장치에 기억되어 있는 최대 변화치를 비교하게 되는데, 이때 기억레지스터는 "0"으로 설정되어 있는 상태이므로, "0"보다 큰 상기 최대변화치는 항상 기억되게 될 것이다. 그러나, 이러한 제1좌표점에 후속되는 다음 좌표점의 경우에는 좌표점의 변화치가 기억 레지스터에 기억되어 있는 제1좌표점의 최대 변화치보다 클 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있으며, 따라서 다음 좌표점의 최대변화치가 기억 레지스터에 설정되어 있는 최대 변화치보다 클 경우에만 프로그램이 블록(116)으로 진행하게 되어, 그곳에서 새로운 최대 변화치를 기억시키게 되며, 그리하여 궁극적으로 기억 레지스터는 반복되는 각 프로그램 중에 가장 큰 최대 변화치를 기억하게 될 것이다. 좌표점의 최대 변화치가 기억레지스터에 기억되어 있는 최대 변화치보다 작을 경우에는 블록(116)에서의 명령은 바이패스되어, 프로그램은 블록(118)로 진행하게 될 것이며, 또한 좌표점에 브리지가 발생하지 않은 경우에는 프로그램은 블록(110)으로 부터 블록(118)로 진행하게 될 것이다.

블록(118)에서는 블록(104)으로부터의 명령을 반복하도록 명령을 하고, 그리하여 프로그램은 다시 블록(104)으로 진행하게 됨으로써, 블록(104)에서 동일스테이션 상에서의 다음 좌표점을 선택하게 된다. 일스테이션상의 모든 좌표점에 대한 브리지의 발생여부가 끝나게 되면, 프로그램은 블록(120)으로 진행하게 되는데, 블록(120)에서는 제1스테이션과 최종스테이션을 제외한 모든 스테이션에 대한 전프로그램을 반복하도록 명령을 하게 되며, 그와 같이 하여 제1스테이션과 최종스테이션을 제외한 모든 스테이션에 대한 브리지 발생 여부의 검사가 완료하게 되면, 프로그램은 블록(122)로 진행하게 되어, 그곳에서 전프로그램 반복중에 기억레지스터에 기억된 좌표점의 최대 변환치를 블록(100)에서의 명력에 의하여 설정된 한계치와 비교를 하게 되고, 그에 의하여 좌표점의 최대 변화치가 한계치보다 작은 것으로 결정되면, 프로그램은 완료되게 된다. 그러나, 좌표점의 최대 변화치가 한계치보다 큰 경우에는, 프로그램은 블록(124)로 진행하게 되고, 그에 의하여 다시 블록(102)로 진행하게 됨으로써, 전체날개에 대한 프로그램을 다시 반복하게 되며, 이러한 반복의 횟수는 이미 상술한 바와 같이 한계치를 설정해둘 수도 있을 것이다.

본문에서는 섬유의 권취경로를 평면상에 존재하는 것처럼 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 다른 기하학적 형상으로 권취경로를 형성시키는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 주되게 권취면 상에서의 브리지의 발생여부를 결정함과 동시에 그를 교정하기 위한 방법에 관한 것으로서, 섬유의 권취경로를 정의하는데에 특정의 좌표계를 이용하고 있으나, 그외의 다른 기하학적 모델을 이용할 수 있음은 물론이다.

지금까지, 회전자 날개에 대한 실시예를 통하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한되지 않고, 소정의 재료가 권취되어 소정의 외형을 갖는 것으로 브리지의 발생이 문제시 되는 것에는 모두 적용될 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 권취맨드릴 섬유를 권취하여서 되는 풍력 터어빈 날개의 제작방법에 있어서, 권취맨드릴의 권취평면(16,18)을 정하여 그 권취 평면상에, 권취축(8)과 대체로 동일 방향으로 연장되는 다수의 스트링어와, 그 스트링어에 대해 수직으로 연장되는 다수의 스테이션을 정하고, 상기 스트링어와 스테이션간의 교점을 좌표점(14)로 하여 각 좌표점(14)에 대하여, 섬유권취방향으로 섬유 권취평면(16,18)과 일치되게 연장하는 제1직선(15)와, 제1직선(15)의 섬유권취방향의 반대방향으로 섬유권취평면(16,18)과 일치되게 연장하는 제2직선(17)을 정립하여, 상기 제1 및 제2직선(15,17)과 인접 스트링어 또는 스테이션과의 교점끼리를 연결하여 제3직선(20)을 정립하며, 상기 권취축(8)로 부터 상기 좌표점(14) 및 제3직선(20)의 높이를 비교하여 상기 권취평면(16,18)상에 오목한 부분이 존재하는가의 여부를 결정하고 상기 높이를 최소한 동일하게 조정하여 존재하는 오목한 부분을 교정하고, 그와같이 교정된 권취평면(16,18)을 갖는 권취맨드릴에 섬유를 권취하는 것을 특징으로 하는 풍력터어빈 날개의 제작방법.

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