[정보통신신문=박광하기자]

헥사곤은 '2021 MSC Nastran Excellence Award'에서 한국항공대학교를 학술부문 수상자로 선정했다고 최근 밝혔다. 항공대는 MSC Nastran을 사용해 섬유로 덮인 풍력 터빈 블레이드 생산에 있어 발생하는 다양한 변수를 효과적으로 통제하는 한편, 높은 정확성을 기록해 지속가능한 미래를 위한 완성도 높은 디자인이라는 호평을 받았다.

한국 정부는 그린 뉴딜 정책을 펼치면서 지속가능한 도시 건설을 위해 재생에너지 분야에 막대한 투자를 지속하고 있다. 다만 정부가 계획 중인 대규모 해상 풍력 발전소 건설 등의 현실화를 위해선, 고난도의 엔지니어링 문제 요소 먼저 해결해야 한다는 지적이 나온다. 항공대는 이번 어워드에서 이 같은 난제를 해결하면서 학술부문 수상자로 선정됐다.

발전 효율 수요 증가로 풍력 터빈의 크기가 커지면서 건설, 운송 및 설치 등에서 문제가 발생한다. 이 때 터빈의 무게와 제조비용을 줄일 수 있는 섬유(천)로 덮인 풍력 터빈 블레이드가 도입되면서 무게 균형과 재료, 모양, 립(Rib) 등 고려해야 할 변수가 많다. 이는 설계에서 많은 수정이 필요하다는 의미다. 항공대는 이러한 모든 설계 절충에 있어서 MSC Nastran 계산 시뮬레이션을 활용해 분석했다.

한국에너지기술연구원(KIER)은 탄소 중립성을 위해 섬유로 덮인 날개에 대한 실험을 실시해 일반적인 풍력 터빈 날개의 구조적 무결성에 대한 가설을 확인했다. 10kW 복합 터빈 블레이드는 가변 접근 빔 단면분석(VABS)을 사용해 단면에 설계됐다. 이 때, 구조 해석에서 MSC Nastran이 활용됐다.

항공대는 이번 테스트에서 Nastran library의 다양한 도구를 활용해 풍력 터빈의 정상 전력 생산, 정지, 비상 정지 및 주차 등 여러 작동 조건에서 시뮬레이션을 진행했다. 그 결과 항공대는 실험 결과와 분석 결과의 차이가 10% 미만으로 높은 정확성을 기록했다. 또한 블레이드는 MSC Nastran의 에지방향(edgewise) 및 플랩방향(flapwise)등 여러 부하와 구성에서 테스트됐다. 이 역시 에지방향과 플랩방향에 대해 각각 9.45%, 7.37%의 실험 값 내에서 일치했다.

헥사곤은 "섬유로 덮인 터빈 블레이드의 정확한 FEA 모델을 보유하는 것은 재생산 가능한 풍력 터빈 시스템의 구조 및 공기역학적 설계에 대한 전문성을 강화할 수 있는 발판이 될 것"이라면서 "이번 항공대의 작품은 그린 뉴딜을 실천하고 보다 지속 가능한 미래를 구축하는 데 큰 도움이 될 것이라 본다"고 전했다.

한편 MSC Nastran은 높은 신뢰도가 강점인 고정밀 유한요소분석(FEA) 소프트웨어다. 미국항공우주국(NASA)의 아폴로 미션에 사용되면서 구조 시뮬레이션 산업 업계의 표준이 됐다는 평가를 받는다. 현재 항공, 기차, 자동차, 선박, 우주선 등 다양한 분야에 널리 활용되고 있다. 2021 MSC Nastran Excellence Award 수상작에 대한 정보는 MSC소프트웨어 웹사이트에서 확인할 수 있다.

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