표준연, 복합재료에 광섬유 매설·변형 패턴 측정

▲ 알루미늄 코팅 광섬유가 12 mm 간격으로 감겨서 매설되어 있는 복합재료 실린더 구조체의 모습. 자료=한국표준과학연구원

[일간투데이 이은실 기자] 복잡한 우주선의 손상을 '신경망'으로 쉽게 검출하는 기술이 개발됐다.

한국표준과학연구원(이하 KRISS)은 항공우주 구조물에 사용된 복합재료 내부의 손상을 정확하게 검출하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 7일 밝혔다.

복합재료에 광섬유를 매설하고 변형 패턴을 측정함으로써 손상을 파악하는 '광섬유 감지 신경망 기술'은 마치, 사람의 신경망이 통증, 온도, 압력 등을 감지해 느끼게 하는 것처럼 구조물에도 광섬유를 통해 손상을 감지한다.

우주선 발사체에는 탄소섬유로 강화된 복합재료를 사용하지만, 충격을 받아도 내부에만 손상을 입고 표면은 복구해 드러나지 않는다. 이를 검출하지 못한 상태에서 발사되면 손상된 부분으로 압력이 분출돼 폭발 등 사고가 발생한다.

기존에는 복합재료의 손상 검출을 위해 초음파 및 방사선 촬영으로 내부 손상을 영상화해 사고를 줄일 수 있었다. 하지만 손상에 대한 신호를 얻는 과정에서 오류가 발생하면 정확한 정보를 얻을 수 없고 많은 부수장치와 노동력, 시간이 필요하다는 단점이 있다.

복합재료 실린더의 충격 손상 위치 및 정도의 검출 결과. 자료=한국표준과학연구원

KRISS는 복합재료에 알루미늄 코팅 광섬유를 매설해 손상이 발생하면 재료의 변형 패턴이 광섬유에 남도록 설계했다. 그 다음 광섬유의 변형률 측정을 위한 BOCDA 센서 시스템을 구성, 정확한 손상 위치와 정도를 검출하는데 성공했다.

BOCDA는 광섬유의 고유한 주파수를 임의의 위치에서 찾아내기 위해 광섬유 양 끝단에서 빛을 입사시키고 두 빛의 위상이 일치하는 위치를 측정하는 센서 작동 방법이다.

KRISS 관계자는 "복합재료의 손상을 정확하고 손쉽게 검출할 수 있어 우주 발사체 추진기관, 대형 구조물의 안전성 검사를 위한 측정기술로 활용될 것"이라며, "복합재료의 안전성을 확보함으로써 항공우주 구조물 및 자동차 등 산업 전반에 활성화될 것으로 기대된다"고 말했다.


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