한국항공대학교 항공공학전공 김상우 교수 연구팀이 항공기 복합재 구조물의 변형을 정밀하게 예측하는 해석 기술을 개발했다. 연구 성과는 복합재 공학 분야 상위 1% 수준 학술지인 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 게재됐다.
이번 연구는 탄소섬유강화플라스틱 복합재 구조물이 제조 과정에서 발생하는 변형을 사전에 예측하는 데 초점을 맞췄다. 복합재는 경량성과 강도를 동시에 확보할 수 있어 항공우주와 방산 산업에서 핵심 소재로 활용되지만 제작 과정에서 형상이 변형되는 문제가 지속적으로 제기돼 왔다.
연구팀은 유한요소법 기반 해석 모델을 구축해 복합재 경화 과정에서 발생하는 열전달과 화학 반응, 물성 변화 등을 통합적으로 분석했다. 특히 항공기 날개 구조에 적용되는 멀티스파 플랩 구조를 대상으로 실제 조건에 가까운 해석을 구현했다.
분석 결과 복합재 변형은 공정 단계에 따라 원인이 달라지는 것으로 확인됐다. 초기 가열 단계에서는 열팽창이 주요 요인으로 작용하고 이후 경화 반응이 진행되면서 화학 수축이 지배적인 요인으로 전환되는 패턴이 나타났다.
이번 기술은 설계 초기 단계에서 변형을 예측해 보정할 수 있다는 점에서 의미가 크다. 항공기와 위성 등 대형 구조물 제작 과정에서 발생하는 오차를 줄이고 개발 기간과 비용을 동시에 절감할 수 있을 것으로 기대된다.
김상우 교수는 복합재 변형 예측 기술이 항공우주 구조물 설계와 제조 공정에서 핵심 과제라며 이번 연구가 기초 연구와 산업 현장 문제를 연결한 성과라고 설명했다.
이번 논문은 김상우 교수가 교신저자로 참여하고 김동협 박사가 제1저자로 수행했다. 김동협 박사는 학위 취득 이후 방산 기업에서 관련 연구를 이어가고 있다.
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