국내 최초 스텔스 기술 도입 "풍력발전단지 조성 확대 기여할 것"
전 세계적으로 120GW 이상의 해상 풍력발전기를 조성할 수 있는 것으로 조사됐으나 이 중 약 10%는 레이더 간섭 문제로 어려움을 겪고 있는 것으로 나타났다. 특히 우리나라의 경우 전국 곳곳에 군 부대가 위치하고 있어 풍력발전기 조성 시 레이더 신호 간섭 문제를 해결하기 위한 영향조사 등이 필요했다.
이번에 개발된 스텔스 복합재 블레이드는 레이더를 99% 흡수해 항공 교통 제어와 방공, 날씨 예측 등 레이더를 사용하는 분야에서 혼선을 없앨 수 있다. 풍력발전기의 경우, 블레이드로 인한 신호 간섭이 많은데 이는 레이더가 고정된 물체는 무시하는 반면 움직이는 물체에는 반응하기 때문이다.
이에 따라 김 박사팀은 특정한 전기적 특성을 갖는 탄소나노소재로 제작된 시트를 블레이드의 표면에 추가해 레이더 신호를 흡수시켜 열로 바뀌도록 했다. 이는 기존의 블레이드 제작 공정을 그대로 활용할 수 있어 추가적인 비용 부담을 최소화했다.
블레이드는 3MW급의 무게가 하나당 10톤이며 블레이드 깃 끝이 시속 250km의 속도로 돌아가기 때문에 에어포일(날개 단면 형상)의 모양이 흐트러지면 전체 풍력발전기 성능에 지장을 줄 수 있다. 또한 무게가 늘어나면 내부 부품에 부담이 가중되기 때문에 가벼운 소재를 채택해야 하는 특성이 있다.
김 박사는 "블레이드는 풍력발전기의 모든 출력과 하중의 근원이 되는 핵심부품으로 고효율, 경량화 특성을 가져야 한다"며 "이번에 개발된 기술은 블레이드의 모양이나 중량 등에 영향을 미치지 않고 레이더 신호를 흡수할 수 있다"고 강조했다.
김 박사팀이 개발한 특수 시트는 표면 두께 0.21~0.22mm, 밀도 1.6g/cm3 인 얇고 가벼운 복합소재로 만들었다. 실험 결과 기존 블레이드가 레이더를 100% 반사시킨 반면, 이 시트를 적용한 블레이드는 표면으로 입사하는 레이더의 99%이상을 흡수하는 것으로 나타났다.
스텔스 복합재 블레이드는 얇은 시트를 적용하는 것만으로도 높은 전파 흡수 성능을 가지기 때문에 경량화가 요구되는 군사기술분야에서의 파급효과도 클 것으로 기대된다. 김 박사팀은 스텔스 복합재 블레이드 기술 관련 국내 특허를 출원한 상태로, 이 기술을 무인전투기에 적용하기 위한 연구를 진행 중이다.
그리고 올해 하반기 전자파 관련 저명 학술지인 IEEE-TEMC에 소개될 예정이다. 김 박사는 "이 기술이 상용화 되면 국내 풍력발전단지 조성 확대는 물론 기술 태동기에 있는 국산 풍력 블레이드 산업의 경쟁력과 매출 향상에 큰 도움이 될 것"이라면서 "군용 항공기 등에 적용할 수 있어 자주 국방력 증진에도 기여할 것"이라고 말했다.
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▲왼쪽의 검정색 구조물이 스텔스 복합재 블레이드를 축소한 샘플이다. ⓒ2011 HelloDD.com |
◆용어설명 ▲스텔스(stealth) 레이더, 적외선 탐지기, 음향탐지기, 육안에 의한 탐지 등 모든 탐지 기능에 대항하는 은폐 기술. ▲EMI 컴퓨터, 텔레비전 등 전자기기에서 나오는 전자파로 인한 장해를 일컫는 말이다. 전자파는 일정량이 넘으면 VDT증후군(해로운 전자기파가 유발하는 두통, 시각장애 등의 증세로 컴퓨터단말기 증후군이라고도 함) 등 질병을 유발하는 것으로 밝혀져 정부에서 전자파장해 규칙을 제정하기도 함. ▲EMC 전자기기에서 발생하는 소음을 감소시키고 다른 전자기기의 동작에 영향을 주지 않도록 설계해 전자기기가 성능을 제대로 발휘할 수 있도록 하는 기술. |
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