기계연, 차세대 회전익기 동력전달장치 4대 핵심부품 원천기술 확보

[충청뉴스 이성현 기자] 헬리콥터와 같이 회전하는 날개를 이용한 항공기인 ‘회전익기’의 성능 및 내구성을 좌우하는 동력전달장치 4대 핵심부품 설계·해석 원천기술이 국내 최초로 개발됐다.

이번 성과는 전량 해외 수입에 의존해 온 항공용 동력전달장치 핵심부품의 기술자립 기반을 마련한 것으로 국산화를 통해 국방 기술 안보를 강화하는 데 크게 기여할 것으로 기대된다.

한국기계연구원 가상공학플랫폼연구본부 산업기계DX연구실 이한민 실장 연구팀은 차세대 회전익기 동력전달장치의 4대 핵심부품인 클러치, 기어, 하우징, 베어링에 대한 원천기술을 국내 최초로 개발했다.

동력전달장치는 회전익기 엔진의 동력을 로터(프로펠러처럼 도는 날개)에 전달하는 핵심 장치로 고속화·경량화라는 까다로운 기술적 요구 수준을 충족해야 한다.

연구팀은 4대 핵심부품 각각에 대한 독자적인 설계·해석 기술을 개발하고 시제품 제작 및 시험평가를 통해 시험 검증을 완료했다.

클러치 분야에서는 요소부품 및 시스템 설계·해석 기술을 개발하고, 건식·습식 마찰재의 내열성, 저손실, 저마모 성능을 향상시키기 위한 원천기술을 확보하였다. 또한 정적시험 및 내구시험을 통해 개발 기술의 성능과 신뢰성을 검증하였다.

기어 분야에서는 고속화·경량화 구현을 위한 몸체 형상 설계·해석 기술과 하이브리드 다이나믹 해석 기술을 개발하였다. 독자적인 설계 프로세스를 기반으로 해외 선진 사례인 SAFRAN Arriel 2 수준에 준하는 경량화 기어를 제작하였으며, 준정적시험을 통해 기술 검증을 완료하였다.

하우징 분야에서는 위상최적화 및 통합해석 기술을 개발하고, 3D 프린팅 제작을 위한 공정 해석 및 최적화 기술을 확보하였다. 또한 경량화를 위한 최신 기술로 TPMS(Triply Periodic Minimal Surface) 구조를 적용하여 하우징을 제작하였으며, 강성시험을 통해 기술의 유효성을 검증하였다.

베어링 분야에서는 형상 설계·해석 기술과 더불어 강화학습 기반 설계 최적화 기술 및 CFD(Computational Fluid Dynamics) 기반 동력손실 해석 기술을 개발하였다. 이후 수명시험 및 효율시험을 통해 개발 기술의 성능을 검증하였다.

기존에는 항공용 핵심부품을 국내에서 독자적으로 설계·해석할 수 있는 원천기술이 부족하여, 회전익기 동력전달장치의 핵심부품 대부분을 해외 수입에 의존해 왔다.

연구팀은 국내 제작업체와의 협력을 통해 항공용 수준의 경량화 및 정밀도 구현에 필요한 기술 요구사항을 도출하였다.

또 서울대학교, 경희대학교 등 국내 대학과의 협업을 바탕으로 CFD 기반 동력손실 해석 기술, 하이브리드 다이나믹 해석 기술 등 세계적 기업인 SKF, SAFRAN 보유 기술에 준하는 수준의 핵심 해석 기술을 확보하였다.

이로써 그동안 국내에 부재했던 설계·해석·최적화에 이르는 독자적 프로세스를 구축하고 4대 핵심부품 각각에 대한 자체 설계 역량을 갖추게 되었다.

각 부품의 시제품을 제작하고 정적시험·내구시험·수명시험·효율시험 등의 시험평가를 수행하여 개발 기술의 유효성을 입증했으며 향후 핵심부품 국내 개발 시 즉시 활용 가능한 설계·해석 프로세스와 검증 데이터도 확보하게 되었다.

기계연 산업기계DX연구실 이한민 연구실장은 "해외 기술에 종속되어 있던 항공용 동력전달장치 분야에서 독자적인 기술 자립 기반을 마련한 것은 국방 기술 안보 강화에 중요한 의미가 있다"며, "향후 차세대 회전익기 실용화 단계에서 본 기술이 적극 활용될 수 있도록 지속적인 연구개발과 산·학·연 협력을 이어가겠다"고 밝혔다.

한편 이번 연구는 방위사업청(국방기술진흥연구소)의 핵심기술 연구개발과제 지원으로 수행됐으며, 국내 제작업체 및 대학과의 산학연 협력체계를 기반으로 진행됐다