본지가 특별기획으로 마련한 한국기계연구원 탐방이 나노융합·생산시스템연구본부, 그린환경에너지기계연구본부에 이어 마지막 세 번째인 ‘시스템엔지니어링연구본부’로 끝을 맺는다.

이번 기사에서는 해군 함정, 풍력발전시스템, 자기부상열차 등 최근 주목받고 있는 분야에 기술적 뒷받침을 제공하고 있는 시스템엔지니어링본부의 정정훈 본부장을 통해 이 분야에서 우리의 기술력이 어디까지 왔는지 들어봤다. / 편집자 주

▲ ▲문석준 시스템다이나믹스연구실장. ▲문석준 시스템다이나믹스연구실장

■시스템다이나믹스연구실

시스템다이나믹스연구실은 진동충격팀, 음향소음팀, 회전기계팀 등 3개의 팀으로 구성돼 설계·엔지니어링에 필요한 담당분야의 modeling & simulation 기술 개발, 기계장비의 고부가가치화를 위한 저소음·저진동 부품 개발 등을 중점 연구하고 있다.

또한 반무향실, 잔향실, 6자유도 진동대, 충격시험기, 초고속 밸런싱벙커 등 국가적인 대형시설을 활용해 소음, 진동, 고속밸런싱 시험평가를 통한 산업체 기술지원이라는 중요한 업무를 담당하고 있다.

그간 연구실의 기술개발 성과는 눈부시다. 진동충격분야에서는 국가지정연구실로 지정돼 제진장치를 활용한 제진설계기술 과제를 수행하며 면진구조물 내진해석 프로그램시스템과 탄성 마운트지지 장비의 진동충격해석 프로그램시스템을 개발했다.

또한 지진 및 진동제어용 수동, 반능동, 능동형 제진장치들과 함정용 탄성마운트 5종을 개발한 바 있으며 이 중 함정용 마운트 5종은 국내기업에 기술이전을 통해 상용화했다. 음향소음분야의 경우 선박용 차음패널 설계기술 개발을 통해 개발된 선박용 고성능 차음패널이 실선에 적용 중이다.

회전기계분야에서는 가스터빈, 스팀터빈, 터보압축기, 터보블로워, 터보펌프 등 에너지기계의 초고속 구동을 위한 회전체동역학적 설계기술을 지원해 왔으며, 드라이가스시일, 공기포일베어링, 비틀림댐퍼, 스퀴즈필름댐퍼, 자동밸런서 등 회전체의 고속 정밀 구동을 위한 30여건의 관련 특허를 보유하고 있다.

시험분야에서는 음향 및 진동 분야 전문시험기관으로 인정받고 있다. 흡·차음, 바닥충격음, 함정용 장비 공기음·고체음·진동·충격 성능측정 등 20여개 규격에 대해 2006년부터 KOLAS (국제공인시험기관 276호) 인증을 받아 전문성을 더욱 높이는 계기가 됐다. 이 분야에서 연 150건 이상의 시험 성적서를 발행해 국내 기업 경쟁력 강화에 일조하고 있다.

특히 시스템다이나믹스연구실은 기존의 연구기반을 바탕으로 스텔스 기능 등 특수성능이 요구되는 군용 장비에 대한 연구를 지속적으로 수행 중이다. 대표적 과제로서 잠수함 등 함정이 적으로부터 탐지되는 것을 방지하기 위해 음향무반향 코팅재를 사용하게 되는데, 이와 같은 재료가 실제 해양환경에서 보이는 음향 특성을 측정하기 위한 장치를 관련 기업과 공동으로 개발하고 있다.

또한 장비에서 발생하는 진동·소음의 외부방사를 줄이고 충격하중으로부터 장비를 효과적으로 보호하는 방진·내충격 능동하이브리드 마운트시스템을 국방부 민군겸용기술센터와 함께 개발 중이고 전량 수입품에 의존하여 사용되고 있는 비틀림 댐퍼 등을 국산화하기 위한 연구를 수행하고 있다.

올해 연구실은 기존에 수행하고 있는 기업지원성격의 함정분야 연구 역량을 강화하고 3년전부터 참여하고 있는 신재생 에너지기계분야에 대한 연구를 지속적으로 증가시킬 계획이다. 이에 따라 풍력발전시스템분야에서 발전량을 안정·최대로 생산하기 위한 감시·단위 제어시스템 뿐만 아니라 발전상태를 온라인으로 원격감시하고, 부품레벨에서 고장진단을 포함하는 상태감시시스템 개발을 지속적으로 주도할 예정이다.

또한 조류발전시스템, 진동에너지기반의 에너지하비스팅 등 새로운 신재생에너지분야와 고속 회전에너지를 이용한 마이크로가스터빈, 모멘텀휠을 응용한 에너지 저장장치 등 신개념의 에너지기계 연구를 진행할 계획이다.

▲ ▲강보석 시스템신뢰성연구실장. ▲강보석 시스템신뢰성연구실장

■시스템신뢰성연구실

시스템신뢰성연구실은 기계류 부품 및 모듈 시스템의 수명을 예측 할 수 있는 신뢰성 해석 및 평가기술 연구를 수행하고 있는 곳이다.

현재 연구실에서 중점 연구하고 있는 분야는 부품연구 개발기술과 신뢰성기술, 풍력발전 기술 등의 연구기반을 바탕으로 추진 중에 있는 5MW급 풍력발전 시스템 연구와 환경규제 등에 대응하기 위한 하이브리드 굴삭기 시스템 설계, 가속수명 평가기술 등이 있다.

또한 건설 및 방산장비, 항공기 등에서 핵심부품으로 사용되는 유공압 액추에이터 및 동력전달 시스템의 개발연구와 가상현실(VR) 기술을 이용한 기계 시스템의 설계 및 운용성 검증 기술 개발 등을 중점 연구하고 있다.

연구실은 풍력발전 시스템의 핵심부인 동력전달계, 제어·모니터링 등의 기술 개발과 이와 연관된 실증 연구를 위해 중형 풍력 발전기 실증연구단지를 강릉에 운영하고 있으며 대형 블레이드, 증속기 등의 시험 및 실증평가, 부품개발 지원 등을 담당할 풍력 전문 기술 시험센터를 국내 최초로 전북 부안에 구축 중에 있다.

연구실에서는 특히 기술 국산화에 노력을 쏟고 있다. 100% 수입에 의존하던 중장비 파워트레인 핵심부품인 휠 굴삭기용 전후 차축과 로봇이송 시스템 및 공장자동화 장치 등 산업설비 전반에 적용되는 고감속 하이포이드 복합감속기 국산화 기술 개발을 통해 수입대체 효과를 거뒀다.

또한 기술 상용화에도 힘써 해상도 실시간 렌더링 시스템 구축과 가시화 원천기술 확보 등 기계시스템 설계프로세스 혁신 핵심기술 개발을 통해 자기부상열차·초대형 해상구조물 설계, 가상현실 기반 화재훈련 시뮬레이터 운영 등의 엔지니어링 설계 해석 모델링 연계기술 상용화 활용에 기여했다는 평가다.

이와 함께 사고 발생시 막대한 경제적 손실과 귀중한 인명피해를 줄 수 있는 에너지 플랜트 등 기계류부품 및 구조물의 안전 및 신뢰성평가와 관련한 성능 및 내환경성, 수명평가와 관련된 시험기반 인프라를 구축하여 국내 기업의 경쟁력 강화에 일조하고 있다.

연구실은 올해 풍력발전 및 선박·해양플랜트 동력전달시스템의 핵심기술인 초대형 드라이버 트레인 설계·엔지니어링 기반기술과 성능평가 기술 개발, 인증기반 체계 구축을 지속적으로 주도하고 차세대 해상풍력 발전기술 개발연구도 병행할 예정이다. 또한 기계부품 및 시스템의 수명을 빠르게 평가할 수 있는 복합가속 시험기술 개발과 수명예측 기술 고도화를 선도할 수 있는 신뢰성 연구를 지속적으로 진행할 계획이다.

▲ ▲한형석 자기부상연구실장. ▲한형석 자기부상연구실장

■자기부상연구실

자기부상연구실은 자기부상·선형추진 기술 전문 연구실로 환경친화적인 자기부상열차 및 반도체, 평판디스플레이 공장용 무분진 이송 시스템을 개발하고 있다.

레일 접촉 없이 주행하는 자기부상열차는 저소음, 저진동, 무분진의 친환경적인 시스템으로서 미래 대중교통수단으로 각광받고 있다. 연구실은 지난 1989년 도시형자기부상열차 기술개발을 시작해 세계 2번째로 2013년 운행될 예정인 도시형자기부상열차 실용화에 성공했다.

이를 바탕으로 기계연은 총괄기관을 맡아 2013년 1월 개통을 목표로 산학연 26개 기관과 총 4,500억원의 사업비로 인천국제공항에 시범노선을 건설 중이다. 자기부상열차가 상용화될 경우 연간 2,700억원의 매출과 9,000억원의 생산유발효과를 보일 것으로 기대되고 있다.

올해 연구실은 현재 개발된 시속 100km 자기부상열차를 시속 200km로 증속하는 기술 개발을 통해 기술을 세계 일류화하고 수요자 폭을 넓힐 계획이다. 또한 시속 550km급 초고속 자기부상열차 부상·추진 핵심 기술 개발에 매진해 고속전철과 항공기의 장점을 갖는 미래 도시 간 초고속 자기부상열차의 원천 기술 개발을 목표로 하고 있다.

연구실은 자기부상열차 기술개발 과정에서 획득한 기술과 경험을 살려 자기부상식 청정 이송 시스템 개발도 병행한다. 반도체, LCD, OLED와 같은 청정 제조 공정에서 요구되는 무분진 이송시스템 기술을 통해 올해 안에 공장에 적용함으로써 세계 최초로 상용화한다는 원대한 목표를 가지고 있다.