소재강국 실현을 위한 FRONTIER. 재료 전문 종합연구기관.

복합재료연구본부

복합재료연구본부

실장 김진봉

연구실 소개

복합재료구조시스템연구실은 풍력, 자동차 항공/방산을 주력산업 분야로 국가적 현안인 에너지, 친환경, 국방 관련 국가 전략적 기술 개발을 위해, 고성능 섬유강화 복합재료 및 구조에 대한 설계/해석 및 시험평가/인증 기술을 기반으로 고성능, 고기능성 신경량 구조 요소 부품 및 시스템에 대한 전주기적 실용화 연구개발을 수행하고 있다.

055-280-3317

주요 실적

3MW 65m 급 세계 최초 탄소섬유 적용 TBC 풍력 블레이드 개발 및 국제인증 획득
5.5MW 68m 급 대용량 풍력 블레이드 설계 개발
반응중합 열가소성 복합재 적용 경량차체 핵심부품 개발: Side sill 시제품 설계 개발 및 제조 공정 개발
탄소섬유복합재 기반 다종소재 경량차체 사이드 프레임 핵심 부품 개발: CFRP-Steel 하이브리드 B-pillar 설계 개발 및 시제작
다종소재 기반 전주기 통합설계기술 및 체계 개발: 자동차 Roof cross beam개발에 필요한 통합설계기술 개발 및 시제작
한국형 전투기 (KF-X) 적용 전자파 흡수구조 및 전자파 흡수도료 설계/제조/평가 기술 개발

주요 연구분야

대용량 풍력 블레이드 설계/해석 시험평가/인증 핵심기술 및 전주기 상용화 개발
탄소섬유복합재 기반 다종소재 경량차체 통합설계 핵심기술 및 전주기 상용화 개발
전파흡수 복합재 구조 설계/해석/제조/평가 핵심기술 및 차세대 전투기 스텔스 기체구조 개발

향후 연구계획

  • 해상용 대용량 풍력 블레이드 5.5MW 68m 급 인증시험, 국제인증 획득 및 상용화
  • +7MW급 대용량 풍력 블레이드 설계 개발 및 인증시험설비 구축
  • 반응중합 열가소성 복합재 공정 기술 적용 경량 차체 핵심 부품 센터 플로어 모듈 개발 및 상용화
  • 탄소섬유복합재-금속재 하이브리드 경량 차체 핵심 부품 사이드 바디 프레임 모듈 개발 및 상용화

연구개발 추진실적

3MW급 탄소섬유 적용 세계 최초 TBC (Tortoin-Bending Coupling) 풍력 블레이드 개발 및 국제인증 획득

[과제 소개]

  • 저풍속 지역에 적합한 3MW급 풍력터빈에 적용하기 위한 구조 경량화와 하중 저감 기술을 적용한 세계 최고 수준의 혁신적 구조의 풍력 터빈 블레이드를 개발하는 것을 목표로 소재개발/설계 및 해석/구조시험/인증/양산/상용화를 아우르는 전주기적 기술을 100% 국내기술로 개발 및 이를 활용한 TBC적용 카본 블레이드를 개발함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 풍력 블레이드의 무게 절감을 위해 카본섬유 강화 복합재료를 개발 및 적용
  • 블레이드의 공기역학적 하중 저감을 위한 TBC 기술을 적용한 블레이드의 구조 설계/해석 및 시험평가 기술 개발
  • TBC 적용 블레이드의 정하중/피로/피로후정하중 시험을 모두 성공적으로 수행함으로서 세계 최초로 TBC 블레이드 개발 성공
  • 개발된 블레이드 장착 터빈의 국내 서남해 해상 풍력 실증단지에의 보급을 달성함으로서 성공적인 상용화 달성
진보된 설계 기술(BIMS-CASA)을 적용하여,
혁신적 구조의 TBC 블레이드 설계
탄소섬유 복합재 TBC 블레이드 인증시험
(DEWI-OCC 국제인증 획득)

다종소재 기반 전주기 통합설계기술 및 체계 개발

[과제 소개]

  • 경량 차체 구조를 위해 각광받고 있는 탄소섬유복합재료를 활용한 부품개발에 있어 기존의 공정기술 중심의 기술 개발 전략에서 벗어나 전주기적 부품 개발에 필요한 통합 설계 및 요소기술, 체계를 개발함으로써 완성도 높은 부품 개발 전략을 수립할 수 있도록 유도함. 또한 개발 프로세스에 대한 가이드라인을 통해 국내 기술 발전의 기준을 제시함.

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 차체/부품 요구도에서 기반한 소재, 공정, 설계, 시험/평가, 양산/품질 분석에 필요한 요소기술 개발 및 체계 완성
  • 차제 부품중 Roof cross beam 부품 개발 및 시제작을 통해 통합설계기술에 관한 검증 완료
  • 기존 스틸 부품에 대비 등가의 성능을 만족하면서 50% 감량화 된 부품 개발
  • 개발된 통합설계기술을 바탕으로 다수의 기술이전 (3년간 1.7억원) 성과 달성
탄소섬유복합재료 적용 차체 부품 통합설계 기술
탄소섬유복합재료 적용 차체 부품 구조 설계 및 시제품 제작

한국형 전투기 (KF-X) 적용 전자파 흡수구조 및 전자파 흡수도료 설계/제조/평가 기술 개발

[과제 소개]

  • 전자파 흡수구조 및 전자파 흡수도료 설계/해석/제조/평가 핵심기술 및 전투기 운용시 유지보수기술 개발과 시제기 적용을 통한 실증, 이를 통해 한국형 전투기 (KF-X) 적용을 위한 스텔스 기술 확보

[기술개발 내용 및 특징, 성과]

  • 전자파 흡수구조 및 전자파 흡수도료 원소재/중간재 개발 및 시제 적용 기술 확보
  • 전자파 흡수 성능 (수직입사: X-band 전영역 포함 대역폭 5GHz에서 –10dB 이하 반사손실률 90% 흡수율, 경사입사: 8GHz, 10GHz, 12GHz에서 θ = 37° ~ 65° –7dB 이하의 반사손실률 80% 흡수율)을 보이며 항공기 적용 소재 대비 90% 이상의 기계적 물성, 내환경성 (온도, 강우, 태양복사, 습도), 낙뢰보호설계 적용
전투기 적용 전자파 흡수구조 핵심기술

연구개발 성공사례

탄소섬유 적용 세계 최초 3MW급 TBC 블레이드 full certification 시험을 통한 국제 인증 획득 및 상용화

[과제 정보]

  • 연구책임자 : 문진범 박사
  • 전화 : 055)280-3263
  • E-mail : 이메일 확인
  • 연구기간/비용 : 13.12.01~17.07.31 / 1,230,695 천원
  • 참여기관 : 두산중공업, 재료연구소, 한국카본, 정인테크

[기술의 핵심]

  • 탄소섬유복합재 및 TBC (Torsion Bending Coupling) 기술이 적용된 3MW급 대형 풍력터빈 블레이드의 실규모 인증시험을 통한 국제 인증 획득 및 상용화 기술

[기술 개발 내용 및 특징]

  • TBC적용 카본 블레이드의 구조해석 기술을 바탕으로 한 시험 플래닝 기술
  • TBC를 고려한 실규모 블레이드 정하중 및 피로 하중 시험 기술
  • TBC 적용 카본 블레이드의 세계 최초 실규모 인증시험 성공
  • 개발된 블레이드 적용 터빈의 성공적인 상용화

[상용화 실적 및 산재권/논문실적]

  • 국내특허 출원 : 5건 (10-2013-0000355 외 4건)
  • In-House code: BIMS-CASA 프로그램 기술 이전 및 활용
  • 서남해 해상풍력 실증단지 17기 수주

[기술효과 및 활용분야]

  • 국내 풍력시장에의 국산 풍력 터빈 보급으로 국내 풍력 내수시장 활성화
  • 저풍속 지역 특화 효율성 향상된 터빈의 개발로 세계 저풍속 풍력발전 시장 진출
  • 세계 최고 수준의 기술 적용 블레이드 개발 기술을 활용한 초대형 풍력 터빈 개발에의 적용
블레이드 정하중시험
블레이드 피로시험