The Magnus airfoil can convert wind energy into kinetic energy, driving the boat forward. The rotating cylinder at the airfoil's leading edge enhances lift and reduces drag, positioning it as a promising technology for boundary layer flow control. This study, based on the NACA0015 airfoil, employs Computational Fluid Dynamics (CFD) to investigate the effect of cylinder diameter on the aerodynamic performance of the Magnus airfoil. The Reynolds number is set to 4×10⁵, with an angle of attack of 18°, a rotational speed ratio of 1.4, and cylinder diameters ranging from 6% to 13% of the airfoil's chord length. Numerical simulations are conducted to analyze and compare the lift and drag characteristics, vorticity distribution, pressure distribution, and flow field structure for varying cylinder diameters. The results show that a high-speed rotating cylinder, when placed at the airfoil’s leading edge, effectively suppresses flow separation on the suction surface, delays boundary layer development, and enhances the overall aerodynamic performance of the airfoil. For the Magnus airfoil studied, the optimal diameter of the rotating cylinder at the leading edge is found to be 12% of the chord length.

공력천칭법은 고층건물의 구조풍공학 분야에서 널리 활용되는 수단으로, 풍력실험과 풍하중 해석단계를 명확히 분리 및 연 계하는 체계적인 틀을 제공한다. 기존 방법은 주로 변위응답에 중점을 두었으나, 고층구조물 전반에 걸쳐 중요한 역할을 하는 공력모 멘트의 거동을 간과하는 경향이 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 극복하기 위해 개선된 모멘트 기반 공력천칭법을 소개한다. 제안 된 방법론은 정교하게 도출된 모드형상 보정계수를 반영하고, 모달스펙트럼해석과 확률론적 진동이론을 연계함으로써 측정된 공력모 멘트응답과 확률적 풍하중 효과 간의 세밀한 관계를 정립한다. 더 나아가, 본 연구에서는 건물 높이에 따라 평균, 비공진 및 공진성분 의 공력모멘트응답을 등가정적풍하중 및 풍응답으로 효과적으로 분배하기 위한 유효참여계수의 도출과정을 개념적·수학적으로 상세 히 다룬다. 이런 포괄적 접근법은 풍하중 산정의 정확도를 향상할 뿐만 아니라, 사용성 설계에 중요한 요소인 변위 및 가속도응답의 예측 개선에도 기여한다. 궁극적으로, 풍공학전문가와 구조설계자에게 더욱 안전하고 회복력 있는 고층건물설계를 위한 고도의 평가 수단을 제공할 것이다.

This study explores the application of Blade Element Theory (BET) to predict the aerodynamic performance of three-dimensional propellers, addressing the computational challenges associated with traditional methods like moving mesh and Multiple Reference Frame (MRF). By utilizing two-dimensional flow analysis to compute lift and drag coefficients, this approach enables rapid and efficient aerodynamic performance predictions with significant reductions in computational time. Comparative analysis with three-dimensional simulations reveals BET's accuracy, with thrust predictions showing slight overestimation at higher RPMs. Findings highlight BET's potential for preliminary propeller design, particularly for low-solidity, low-speed applications. This method provides an efficient alternative for optimizing propeller performance in electric vertical takeoff and landing (eVTOL) systems, pivotal for advancing Urban Air Mobility (UAM) solutions.

산악 지역에 설치된 송전탑은 경사를 따라 부는 바람을 받으므로 수평방향 풍하중뿐만 아니라 수직방향 풍하중을 동시에 받 는다. 이에 본 연구에서는 1:25 축척 모델을 사용한 풍동 실험을 통하여 수직 경사풍에서의 송전 철탑의 풍하중을 측정하였다. 풍동실 험 결과를 보면, 수직력과 경사각 사이에 선형적인 관계인 것으로 나타났다. 수직 경사각이 ±30°일 때 수평 공기력은 7% 감소했지만 수직 공기력은 39% 증가하였다. 기존 IEC-60826 설계 기준은 수평풍에 의한 공기력 측정 결과와 잘 일치하였지만, 수직 경사풍 효과 를 효과적으로 반영하지 못하는 한계가 있다. 본 연구의 결과에서 산악 지형의 송전철탑 내풍 설계시에 수평풍 뿐만 아니라 경사풍의 영향도 고려할 필요가 있는 것으로 나타났다.

국제해사기구(IMO)의 규제강화로 인한 선박탄소집약도지수(CII)를 충족시키기 위하여 최근 친환경 기술인 로터세일(Rotor sail) 기술도입이 부각되고 있다. 1924년 첫 로터세일 장착선박이 개발된 이래로 다양한 연구개발이 진행되어져 왔고 이미 해외기업에 의 해 상용화 되어져 있다. 이러한 기존 원통형 로터(Rotor)는 로터의 속도비(Spin ratio) 증가 시 일정구간 이후부터 공기역학적 효율(CL/CD) 이 감소하는 현상이 발생된다. 이 점을 해결하기 위하여 2019년 한 차례 선행 연구된 새로운 원뿔형 로터를 이해하고 조건을 재설정하 여 최적의 공기역학적 효율 조건을 연구하였다. 원통형 로터와 원뿔형 로터에 속도비와 로터상부지름(Rotor top diameter, d) 대 끝단플레 이트지름 (End plate diameter, De) 비로 변수를 적용한 12가지 조건을 연구하였다. 그 결과 원뿔형 로터에서만 로터의 속도비 증가에 따 른 공기역학적 효율은 일정하거나 약간 증가하는 현상이 나타났으며 끝단플레이트의 지름 비율이 4배인 특정 조건에서 명확히 확인 할 수 있었다.

건축 토목 구조물에 작용하는 하중은 알 수 없는 경우가 대부분이므로 구조물에 대한 시스템 식별 알고리듬은 외부하중을 백 색잡음으로 가정한다. 이러한 가정은 일면 타당성이 있으나 와류하중과 같이 스펙트럼이 특정한 형태를 가지고 있는 경우 모달 파라 미터 특히 감쇠비 추정의 불확실성의 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 구조물의 응답으로부터 역 계산된 하중을 이용하여 하중모델 을 구축하고 이를 이용하여 감쇠비를 추정하는 새로운 기법을 제안한다. 본 제안 기법은 외부하중을 백색잡음으로 가정하는 기존 VDS 기법을 기반으로 외부하중 스펙트럼 모델을 고려할 수 있는 보다 일반화된 기법이다. 제안된 추정기법을 직사각형단면 공탄성모델에 대한 공기력진동실험으로 수행하여 구한 가속도 응답에 적용하여 감쇠비추정의 신뢰성을 검증하였다. 풍속에 따라 풍하중 모델을 구 축하고 와류공진, 와류공진 전 후의 공력감쇠비를 평가한 결과 안정적이며, 신뢰도가 높은 감쇠비 추정이 가능함을 알 수 있었다.

본 연구에서는 공기역학적 형상변화의 풍하중 저감 측면에서의 효율성을 평가하기 위해 평면의 모서리 부분이 개선된 고층 건물에 대해 사례연구 기반의 비탄성 내풍설계를 수행하였다. 비선형 시간이력해석을 통해 다양한 설계풍속 및 항복 후 강성에 대한 구조물의 응답을 산정하였으며, 최근 국내 설계기준(KDS 41)에 도입된 성능기반내풍설계 개념을 토대로 구조물의 성능을 평가하였다. 해석 결과 공기역학적 형상변화를 갖는 구조물의 경우나 성능기반내풍설계를 적용했을 경우(또는 모두에 해당할 경우) 공진성분을 줄 여 구조물의 응답이 크게 감소함을 확인하였다.

본 연구에서는 풍동실험을 통해 345kV급 송전철탑에 작용하는 공기력계수를 측정하고 IEC-60826 기준과 비교하였다. 이를 위하여 본체와 크로스암을 포함한 총 6개 세그먼트로 분리될 수 있는 축척 1:25인 강체 모형을 제작하였다. 그리고 다양한 바람 수평 입사각에 대하여 철탑 전체 및 각 세그먼트에 작용하는 공기력을 측정하였다. 풍동실험 결과를 보면, 전체 철탑에 작용하는 공기력계 수가 IEC 기준치와 비교하여 수평입사각의 변화에 따른 경향이 잘 일치한다. 그리고 IEC 기준치가 풍동시험치보다 전반적으로 약간 커서 안전측의 결과를 제공하고 있다. 송전철탑을 구성하는 세그먼트 중에서 철탑본체에 작용하는 공기력계수는 풍동실험치가 설계기 준치보다 작았다. 하지만 철탑 크로스암에서는 풍동실험치가 설계치를 약간 넘는 경우가 일부 나타났다. 이를 볼 때 기존 설계기준은 철탑본체에 대해서는 안전측의 결과를 제시하나, 일부 바람 입사각에서 크로스암에 작용하는 공기력은 과소평가할 가능성이 있는 것 으로 판단된다.

The distance between livestock facilities and residential spaces is decreasing. Moreover, livestock odor complaints are increasing due to the large-scale and concentrated livestock breading industry. In order to reduce odor from livestock facilities, bio-curtain that are easy to install and inexpensive are commonly used in Korea. However, there is a lack of basic data on design standards and operation manuals for bio-curtains. The installation density of the bio-curtain material is an important factor that affects the odor reduction rate, increment of the load on the ventilation fans, and the structural stability of the curtain. There are limitations on deriving the design conditions of the bio-curtain by only field experiments targeting invisible air. Therefore, aerodynamic simulation such as CFD (computational fluid dynamics) can be used to obtain quantitative data according to various environmental conditions. Bio-curtain is a porous medium with a complex structure, and it is necessary to derive aerodynamic coefficients to analyze it. In this study, the wind speed and pressure difference according to the design density of the bio-curtain were monitored using the experimental chamber. Using the field results, a pressure resistance curve was created for each flow velocity and installation density. The viscosity and resistance coefficient of the bio-curtain were calculated through the derived resistance curve.

부공력감쇠는 풍직각방향의 와류공진을 예측하는데 있어서 매우 중요한 요소이다. 부공력감쇠는 진동유발하중 또는 피드백 하중을 구성하는 주요인자로 와류진동이 급격히 발현되는 현상을 설명하는 도구이기도 하다. 본 연구에서는 공력감쇠의 수학적 모델 을 제시하고 와류유발하중모델과 함께 와류진동을 예측하는 프러세스를 제안한다. 직사각형단면에 대한 공기력진동실험을 수행하여, 계측된 가속도로부터 공력감쇠와 와류유발하중을 추정하고 이에 기반하여 공력감쇠모델과 와류유발하중모델을 구축하는 과정을 다룬 다. 최종적으로 공력감쇠모델과 와류유발하중 모델에 대한 재해석을 통하여 가속도응답을 구하고 계측된 가속도와 비교하여 모델의 진동예측성능을 평가한다. 본 연구에서 제안된 와류하중모델의 진동예측성능을 평가한 결과 안정적이며, 신뢰도가 높은 와류진동예측 이 가능함을 알 수 있었다.

In this study, the analysis of the unsteady viscous flow field using the uRANS equation in a moving mesh was studied. The simulation domain is composed of an overset zone fixed to a propeller and rotating at a constant angular speed and a far zone which is located in the far distance and does not move. Each zone is composed of a polyhedral meshes for the accurate and robust gradient calculation in addition to the reduction of computation time. Simulation technique was applied to the aerodynamic analysis of the 5-inch propeller and compared with those of the MRF and the thrust test. The thrust predicted by the moving mesh showed good correlation with the MRF result within 0.5% difference, but the torque showed a tendency to under-prediction by about 10% compared to the MRF. In the future, we plan to further validate the numerical analysis technique using the moving mesh by applying it to the configurations in which precise test results exist.

풍방향 공력감쇠는 항상 정감쇠 형태로 나타나기 때문에 구조물 진동을 더욱 안정화하는 경향이 있다. 준정상 가정에 의하여 공력감쇠를 예측할 수 있는 이론적 모델은 풍방향 공력감쇠의 발현특성을 모사하고, 발현에 영향을 미치는 영향인자를 설명하고 있다. 본 연구에서는 공탄성 실험을 통해 얻어진 계측응답으로부터 추정된 풍방향 감쇠를 이론적 풍방향감쇠와 비교하여 준정상 가정으 로부터 구해진 이론적 모델의 정합성을 평가하였다. 풍방향 감쇠는 최신 개발된 시스템 식별기술인 가상동적가진기에 의한 방법을 이 용하여 구한다. 본 연구결과로부터 풍방향 공력감쇠는 준정상가정에 의한 이론적 모델과의 차이를 보이며, 이것은 주로 높이별, 평균 풍속에 따른 난류강도의 크기에 의하여 영향을 받는 것으로 나타났다.

트윈 빌딩의 풍응답은 풍하중의 공력 특성과 트윈 빌딩 구조 시스템의 동적 특성에 영향을 받는다. 본 논문에서는 트윈 빌딩의 두 빌딩의 간격이 다른 두 경우에 대해서 풍응답에 영향을 주는 풍압의 특성을 풍동 실험과 적합 직교 분해 기법을 이용해 파악하고, 3차원 구조 시스템 모델링을 통해 동특성을 파악하였다. 그리고 이중 모달 변환 기법을 이용해서 각 풍압의 특성과 구조물의 동특성이 풍응답에 미치는 영향을 파악하였다. 적합 직교 분해 기법을 통해서 채널링과 와류 효과에 대해서 파악할 수 있었다. 풍 직각 뱡향의 풍하중은 두 빌딩의 간격에 영향을 많이 받았으며, 풍 방향의 풍하중은 간격에 영향을 적게 받았다. 마찬가지로, 이중 모달 변환 기법에서 교차 참여 계수는 풍 직각 방향에서는 두 빌딩의 간격에 따라 크게 달라진 반면, 풍 방향은 영향이 적었다. 이에 따라 두 빌딩의 간격 이 풍 방향의 풍응답 보다 풍 직각 뱡향의 풍응답에 중요한 역할을 하는 것을 알 수 있었다.