풍력 터빈 웨일파워

웨일파워는 고래의 지느러미로부터 아이디어를 낸 새로운 디자인의 풍력 터빈이다. 웨일파워의 연구자들은 고래의 지느러미에 나있는 요철 형태의 돌기인 결절에 대한 공기역학적 연구를 통해 이러한 신체 기관이 양력의 손실과 항력이 결합된 감속 현상을 방지하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 발견하였다. 비행의 경우 감속은 고도의 저하를 가져오는 심각한 문 제요소로 작용하는 데 이로 인해 웨일파워가 개발 될 수 있었다. 그 후 웨일 파워를 개발한 회사측은 이러한 아이디어를 풍력 터빈에 적용하는 테스트 를 실시하였다. 그 결과, 제품의 성능이 시속 17마일로 두 배 정도 향상되 었으며, 항력을 절감시키는 보다 효율적인 터빈을 생산할 수 있게 되었다.

생체모방기술로 날개의 디자인을 바꿈으로써 약한 바람에도 작동하고 소 음이 적은 풍력발전기 날개를 만들었다. 기존의 날개보다 40%나 더 높은 효율을 가지고 있다.

108자연의 패턴을 옮겨 담은 휴대폰 케이스

풍력발전기는 바람의 에너지를 전기에너지로 바꿔주는 장치이다.

풍력발전기의 날개는 바람의 직진 운동을 회전력으로 바꿔주는 기능을 한 다. 선풍기의 원리를 역으로 생각하면, 날개의 두께ㆍ길이를 늘리거나 날 개의 수를 늘려 바람이 닿는 전체 면적을 증가시키면 더 큰 회전력을 얻을 수 있지 않을까 기대할 수 있다.

풍력발전기의 날개를 회전시켜 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기를 생산 한다. 풍력발전기는 날개, 변속장치, 발전기로 구성되어 있다.

그러나, 면적이 늘어나 더 많은 양의 바람을 받을 수 있는 반면에, 날개에 부딪힌 바람이 날개 뒤로 원활하게 흘러 빠져 나가지 못하고 와류를 일으 켜 회전을 방해할 가능성도 높다.

따라서 날개의 크기나 개수는 기후조건이나 전력요구량 등 여러가지 변수 가 균형을 이루는 최적치로 설계되고 날개의 각도를 조절하여 바람의 세기 에 대응할 수 있도록 제작되고 있다.

원리와 시스템 구성 풍력발전기는 바람이 지니고 있는 에너지를 우리가 유 용하게 사용할 수 있는 전기에너지로 바꿔주는 장치이다. 불어오는 바람은 풍력발전기의 날개를 회전시키게 된다. 이때 생긴 날개의 회전력으로 전기 를 생산하여 우리가 사용하게 되는 것이다. 구체적으로 풍력발전기는 날 개, 변속장치, 발전기의 세 부분으로 구성되어 있다.

바람과 우리 생활과의 관계를 나타낸 것이다.

- 2미터/초 : 바람을 느낀다.

- 4미터/초 : 나뭇가지가 흔들린다.

- 7미터/초 : 먼지가 인다.

- 12미터/초 : 몸이 떨린다.

- 25미터/초 : 나무가 뽑힌다.

- 30미터/초 : 유리창이 깨진다.

풍력발전기에 대해서 알아보자.

109 풍력발전기의 이용효과

첫째, 바람의 운동에너지를 이용한 발전방식으로 화석연료 대체효과가 매 우 크다.

둘째, 낙도 등의 낙후 지역에 경제성 있는 전력 보급이 가능하다.

셋째, 풍향이 우수한 해안 및 산간지역에 설치함으로써 국내 토지이용을 합리화할 수 있다.

넷째, 제주지역과 같은 일부 특정지역의 경우 대규모 풍력발전단지 조성으 로 관광자원으로 활용이 가능하다.

(출처: 두산백과)

프랑스의 알폰스 페노는 1871년에 고무줄로 프로펠러를 돌려서 생긴 추 진력으로 비행하는 장난감 비행기 프라노포(Planophore)를 개발했다. 최 초의 고유 안정성을 가진 길이 50㎝의 작은 모형비행기로서 11초 동안에 40m를 비행했으며 근대 비행기의 표본이 되었다.또한 1903년 라이트 형제 의 최초의 동력 비행에 역시 이 프로펠러가 사용되었다. 이처럼 초기 항공 발전에 지대한 영향을 끼친 프로펠러에 대해 알아보도록 하자.

프로펠러의 원리를 이해하기 위해서는 추력과 양력에 대해 먼저 이해하여 야 한다.

추력은 프로펠러의 회전이나 가스의 분사에 의해서 얻어지는, 항공기를 밀 거나 당기는 추진력과 같은 말이다. 반면에 양력은 중력에 반대방향으로 작용하는 힘으로서 항공기를 뜨게 해주는 역할을 한다. 비행기의 프로펠러 가 돌면, 프로펠러의 블레이드(blade : 날개)는 공기를 뒤쪽으로 밀어낸다.

프로펠러의 블레이드는 단면이 에어포일이며 비행기의 날개가 회전하는 것과 같은 효과를 주게 된다. 비행기의 날개는 양력을 발생시키는데 반해 블레이드는 추력을 발생시킨다.

프로펠러에 대해서 알아보자.

110자연의 패턴을 옮겨 담은 휴대폰 케이스

프로펠러는 블레이드의 수에 따라 종류를 나눈다.

2장의 블레이드(2엽)를 가진 프로펠러에서부터 6장의 블레이드(6엽)를 가 진 프로펠러까지 있는데, 최신의 항공기에는 6장의 블레이드를 이용 하여 천천히, 조용히 회전시키며 충분한 추력을 얻어 내고 있다. 하지만 블레이 드 수가 많아질수록 효율이 떨어지므로 용도에 맞게 사용해야한다.

(출처: 한국항공우주연구원 카리스쿨, 한국항공우주연구원)

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참고 문헌

재닌 M 베니어스 저 '생체모방' 시스테마 2010

류재운, 허영미 저 '초등학생이 꼭 알아야 할 생체 모방 이야기 33가지' 을파소 출 판사 2010

박종서 저 '꼴, 좋다!' 디자인하우스 2010.

신정민 저 '동물이 가르쳐준 첨단과학 44' 대일출판사 2010 김보일 저 '국어선생님의 과학으로 세상읽기' 휴머니스트 2007

참고 자료 사이트

생체모방 관련 자료

http://blog.naver.com/isbb2030?Redirect=Log&logNo=20167269634 http://www.idsc.kr/bbs/detail.php?board_id=bbs3&content_uid=19 http://www.biomimicryinstitute.org/case_studies.php

http://news.donga.com/3/all/20121123/51067835/1

자연모방 첨단 기술 관련 자료

http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=sandtimer&logNo=6003894 5640&viewDate=&currentPage=1&listtype=0

풍력발전기 관련 자료 (두산백과)

http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=200000000&docId=1159110&mob ile&categoryId=200000518

프로펠러 관련 자료 (한국항공우주연구원 카리스쿨, 한국항공우주연구원)

http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=604&docId=1051284&mobile&cat egoryId=604

혹등고래 관련 자료

http://ebsstory.blog.me/50158415567 (cc) moonm at Flickr.com

http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=20&contents_id=13035 http://www.whalepower.com/

http://www.asknature.org/product/6b64f488c9d06dc65c46fa210e1784 4e

http://www.asknature.org/product/49269092db17515de04ac92a75f68 bb1