“복잡한 우주선 손상, 정확하게 검출한다”

▲ KRISS 권일범 박사가 복합재료 실린더에 망치를 이용한 충격 실험을 하고 있다.

표준연, 광섬유 감지 신경망 기술 세계 최초 개발

항공우주 구조물에 사용하는 복합재료 내부의 손상을 정확하게 검출하는 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(KRISS)은 권일범 박사팀이 복합재료에 광섬유를 매설하고 변형 패턴을 측정해 손상을 파악하는 ‘광섬유 감지 신경망 기술’을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

두 재료 이상을 조합한 복합재료는 가볍고 높은 강성을 갖기 때문에 항공우주 구조물, 자동차, 선박 등의 재료로 각광받고 있다.

하지만 물리적 강도가 일정하지 않은 복합재료의 특성상 한번 손상이 발생하면 정확한 손상부위를 찾아 수리하기 어렵다는 단점이 있기도 하다.

연구팀은 복합재료 안에 알루미늄 코팅 광섬유를 매설, 손상이 발생하면 재료의 변형 패턴이 광섬유에 남도록 설계했다.

또 이 광섬유의 양 끝단에서 빛을 입사시켜 광섬유의 변형률을 측정, 정확한 손상 위치와 손상 정도를 검출하는 ‘BOCDA’ 센서시스템을 구성했다.

연구팀은 적층 구조의 복합재료로 지름 25㎝ 실린더를 만들면서 안에 알루미늄 코팅 광섬유를 1.2㎝ 간격으로 감아 매설한 뒤 충격을 가하는 실험을 통해 내부 손상 위치를 3㎝ 정확도로 검출할 수 있음을 확인했다.

복합재료의 손상을 정확하고 손쉽게 검출하는 이 기술은 우주 발사체 추진기관, 중대형 산업 설비, 조선·해양 분야에서 대형 구조물의 안전성 검사를 위한 측정기술로 넓게 활용될 수 있다며 항공우주 구조물과 자동차 등 산업 전반에 복합재료의 적용을 더욱 활성화할 것으로 기대된다.

권일범 박사는 “사람의 신경망이 통증, 온도, 압력 등을 감지하여 느끼게 하는 것처럼 구조물에도 광섬유를 통해 손상을 감지하는 신경망 기술을 개발했다”며 “산업 전반에 사용하는 복합재료의 찾아내기 힘든 충격 손상을 유효하게 검출할 수 있는 기술”이라고 설명했다.

이번 연구결과는 지난달 28일 복합재료 연구분야 학술지 ‘컴포지트 사이언스 앤 테크놀로지(Composites Science and Technology)’ 온라인 판에 게재됐다. 최소망 기자 somangchoi@

▲ 복합재료 실린더의 충격 손상 위치 및 정도의 검출 결과.