차세대 회전익기의 심장을 국산화하다!

- 기계연, 국내 최초 차세대 회전익기 동력전달장치 4대 핵심부품 원천기술 확보 -

- 클러치·기어·하우징·베어링의 설계·해석 원천기술 확보로 국방 기술 안보 강화 기반 마련 -

□ 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(원장 류석현, 이하 기계연) 가상공학플랫폼연구본부 산업기계DX연구실 이한민 실장 연구팀은 차세대 회전익기 동력전달장치의 4대 핵심부품인 클러치, 기어, 하우징, 베어링에 대한 원천기술을 국내 최초로 개발했다.

기계연 산업기계DX연구실 이한민 실장 연구팀

□ 동력전달장치는 회전익기 엔진의 동력을 로터(프로펠러처럼 도는 날개)에 전달하는 핵심 장치로 고속화·경량화라는 까다로운 기술적 요구 수준을 충족해야 한다. 기계연 연구팀은 4대 핵심부품 각각에 대한 독자적인 설계·해석 기술을 개발하고 시제품 제작 및 시험평가를 통해 시험 검증을 완료했다. 

차세대 회전익기 동력전달장치용 4대 핵심부품(클러치, 기어, 하우징, 베어링)

 ○ 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 검증 하였다.

항공용 클러치 및 건식, 습식 마찰재 시제품

 ○ 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.

항공용 경량 기어(평행축 기어, 스파이럴 베벨기어) 시제품

 ○ 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.

항공용 3D프린팅 하우징 시제품

 ○ 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.

항공용 고속 기어박스용 베어링 시제품

□ 기존에는 항공용 핵심부품을 국내에서 독자적으로 설계·해석할 수 있는 원천기술이 부족하여, 회전익기 동력전달장치의 핵심부품 대부분을 해외 수입에 의존해 왔다. 기계연 연구팀은 국내 제작업체와의 협력을 통해 항공용 수준의 경량화 및 정밀도 구현에 필요한 기술 요구사항을 도출하였다. 또한 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 이한민 실장(가운데) 연구팀이 회전익기 동력전달장치 부품을 살펴보고 있다.

□ 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(“차세대 회전익기 동력전달장치용 핵심부품 특화연구실”, 연구기간: `21~`25년, 연구예산: 50억원)의 지원으로 수행됐으며, 국내 제작업체 및 대학과의 산학연 협력체계를 기반으로 진행됐다.