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 연구자 : 김진봉
전 화 : 055-280-3317
e-mail : jbkim@kims.re.kr |
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재료연구소(소장 조경목) 풍력핵심기술연구센터 블레이드연구팀(연구책임자 : 김진봉 박사)은 미국의 차세대 전투기 F-22와 같은 첨단 항공기에 적용되는 레이더 신호 흡수 기술과 유사한 기술을 접목한 스텔스(stealth) 복합재 블레이드를 국내 최초로 개발했다.
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지식경제부 신재생에너지기술개발사업의 일환으로 지난 3년여의 연구를 통해 개발된 스텔스 복합재 블레이드는 레이더를 99% 흡수하여 항공 교통 제어와 방공, 날씨 예측 등 레이더를 사용하는 분야에서 혼선이 일지 않도록 한다.
특히 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 블레이드의 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 한다.
블레이드는 풍력발전기의 모든 출력과 하중의 근원이 되는 핵심부품으로 고효율, 경량화 특성을 가져야 하기 때문에 새로운 기능이 추가된다고 해서 모양 변화나 무게 증가가 있어서는 안 된다.
김 박사팀이 개발한 특수 시트는 표면 두께 0.21 ~ 0.22 mm, 밀도 1.6 g/cm3 인 얇고 가벼운 복합소재로 만들었다. 실험 결과 이 시트를 적용한 블레이드는 표면으로 입사되는 레이더의 99%이상을 흡수하는 것으로 나타났다. 기존 블레이드는 레이더를 100% 반사시켰다.
이번에 개발된 특수 시트를 적용하면 컴퓨터, 텔레비전, 냉장고 등 여러 전자기기에서 방출되는 전자파를 차단(EMI 기술)할 수 있다. 또한 전자기기에서 발생하는 소음을 방지(EMC 기술)하는 데도 응용할 수 있다.
스텔스 복합재 블레이드는 얇은 시트를 적용하는 것만으로도 높은 전파 흡수 성능을 가지기 때문에 경량화가 요구되는 군사기술분야에 대한 파급효과도 클 것으로 기대된다.
김 박사팀은 이 기술을 무인전투기에 적용하기 위한 연구를 진행 중이다.
스텔스 복합재 블레이드 기술 관련 국내 특허를 출원했으며 올 하반기 전자파 관련 저명 학술지인 IEEE-TEMC에 소개될 예정이다.
세계 풍력 시장은 매년 30% 고속 성장하고 있어 오는 2015년 100조원을 넘는 시장이 형성될 것으로 예상되고 있다. 또한 풍력발전기 중 블레이드가 차지하는 가격 비중은 20% 정도로 성장 가능성이 매우 높다.
김 박사는 “이 기술이 상용화 되면 국내 풍력발전단지 조성 확대와 기술 태동기에 있는 국산 풍력 블레이드 산업의 경쟁력 및 매출 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 또 군용 항공기 등에 적용할 수 있어 자주 국방력 증진에도 기여할 것”이라고 말했다. |
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