블레이드는 바람 에너지를 전기 에너지로 변환하기 위한 풍력발전기 시스템의 핵심 요소이다. 블레이드의 공기역학적 설계는 적절한 에어포일을 선택하고 블레이드 축을 따라 최적의 단면을 결정하는 것이다. 본 연구의 목표는 블레이드 에어포일의 모델을 개발하고, 개발한 에어포일의 효율을 분석하는 것이다(블레이드 형상은 수정된 SM 시리즈 프로파일을 기반으로 함). 일반적으로 풍력 터빈 블레이드는 Cl/Cd에 민감하다. 본 연구의 초점은 X-Foil 프로그램을 통해 강한 바람과 돌풍에서의 최고 효율(Cl/Cd)을 위한 에어포일의 좌표를 최적화시키는 것이다. 국내 해역의 난류 특성, 돌풍 및 바람 조건에 대한 적절한 에어포일을 개발하기 위해서는 수치 해석을 통해 에어포일의 길이와 이에 따른 두께비(Y/C), 에어포일의 최대 두께비에 대한 상대 위치(Xd), S형 tail edge 및 비율 등을 계산하여 결정한다. X-Foil 프로그램을 통해 모델링된 2D 모델에 대하여 CFD(Computational Fluid Dynamics) 검증을 반복 수행하여 최적화시켰다.

블레이드 개발에서 매우 중요한 요소는 에어포일 설계이다. 본 연구에서는 DesignFoil 프로그램을 통한 에어포일의 최적화에 관한 연구를 다룬다. 이를 위해, NACA 4-digit series 및 5-digit series 공식을 이용하여 좌표 값을 도출시키고, 이를 통해 구해진 초기 단면형상을 DesignFoil 프로그램에 입력시킨 뒤, 각 매개 변수(피칭 모멘트, 레이놀즈 수, 마하 수, 두께 비율 및 받음각)에 대하여 양력 대 항력 비율을 최적화시켰다. 그 결과, 에어포일 단면 좌표를 최적화시키고, VisualFoil 프로그램을 통해 에어포일의 성능을 확인하고 블레이드 형상을 결정했다.

본 연구는 해상풍력 터빈 블레이드 에어포일 설계를 다룬다. 풍력 터빈 설계의 목표는 특정 대기 조건에서 가능한 가장 높은 출력을 얻는 것이다. 공기역학적 부하에 대한 수학적 설명으로 최적의 블레이드 형상을 결정하는 문제는 복잡하고 많은 제약과 목표를 충족해야 한다. 본 연구의 목적은 여러 기준에 따라 풍력 터빈 블레이드의 최적화를 가능하게 하는 직접 설계 방법으로 두 가지 유형의 에어포일 모델 개발이다. 블레이드 요소 운동량 이론을 기반으로 유체역학적 풍력 터빈 설계에 대한 수학적 모델을 생성하고 효율을 향상시켰다. 결과적으로, CFD 시뮬레이션을 통해 고효율 에어포일 모델을 설계했고, 실험 데이터와의 비교를 통해 검증했다.