원자력연구원, 제트엔진 터빈 날개 결함 진단 기술 개발
2014-06-22 14:40
중성자 검사법 이용해 항공기 추락사고 원인 밝혀
아주경제 김봉철 기자 = 국내 연구진이 중성자 검사법을 이용해 항공기의 엔진 결함 여부를 진단할 수 있는 기술을 개발했다.
한국원자력연구원은 중성자과학연구부 심철무 박사팀과 공군 항공기술연구소 황영하 박사팀이 중성자 비파괴 검사법을 이용해 항공기 제트엔진 내 터빈 날개의 미세한 결함을 찾아내는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.
항공기 추락사고 원인의 60% 이상이 제트엔진 내부에서 기인하는 만큼, 사고 원인을 밝히는 데 기여할 것으로 기대된다.
항공기 터빈 날개 안에는 운항 시 800∼900도까지 올라가는 엔진 온도를 낮추기 위해 냉각홀(지름 0.38㎜)이 설치돼 있는데, 이 냉각홀에 결함이 생기거나 이물질이 끼면 날개가 부러지는 등 치명적인 사고를 일으키게 된다.
연구팀은 중성자를 제트엔진 내부에 쏘인 뒤 중성자를 흡수하는 ‘가돌리늄(Gd)’을 조영제로 사용해 토모그래피(3차원 영상)로 촬영하는 방법으로 터빈 날개에 결함이 있는 부위를 탐지하는데 성공했다.
기존에는 와전류, 초음파, X선 검사 등을 통해 터빈 날개의 결함 여부를 확인해오고 있지만, 부품의 표면에 나타나는 문제만 확인할 수 있다는 한계가 있다.
연구팀이 실제 국내 항공기 보수업체의 X-ray 검사에 합격한 72개의 터빈 날개를 대상으로 중성자 비파괴 검사를 시행해보니, 13.8%(10개)의 냉각홀 내부에서 결함 및 이물질이 발견됐다.
또 터빈 날개를 절단해 정확한 결함의 종류를 분석한 결과, ‘열 부식’에 의한 결함으로 나타났다.
항공기 부품의 열 부식은 그동안 표면에만 발생하는 것으로 보고됐으나, 이번 연구를 통해 냉각홀 내부에 열부식에 의한 결함이 존재하는 것으로 확인됐다.
연구팀은 연구용 원자로인 ‘하나로’의 중성자 영상장치에서 1차 실험을 거쳐 미국 ‘에어로테스트 오퍼레이션’에서 재실험을 통해 연구 결과를 검증했다.
심철무 박사는 “영국 롤스로이스사의 항공기 비파괴전문가에 자문해 연구결과에 대한 검토를 받았고, 자사 항공기에 이 방법을 적용해보겠다는 답변을 들었다”며 “이번 연구를 통해 항공기 터빈 날개 비파괴 검사에 대한 신뢰성을 높여 항공기 추락사고를 줄일 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구결과는 미국 비파괴 전문 학술지인 ‘비파괴 평가 저널’ 온라인판 지난달 16일자에 실렸다.
한국원자력연구원은 중성자과학연구부 심철무 박사팀과 공군 항공기술연구소 황영하 박사팀이 중성자 비파괴 검사법을 이용해 항공기 제트엔진 내 터빈 날개의 미세한 결함을 찾아내는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.
항공기 추락사고 원인의 60% 이상이 제트엔진 내부에서 기인하는 만큼, 사고 원인을 밝히는 데 기여할 것으로 기대된다.
항공기 터빈 날개 안에는 운항 시 800∼900도까지 올라가는 엔진 온도를 낮추기 위해 냉각홀(지름 0.38㎜)이 설치돼 있는데, 이 냉각홀에 결함이 생기거나 이물질이 끼면 날개가 부러지는 등 치명적인 사고를 일으키게 된다.
연구팀은 중성자를 제트엔진 내부에 쏘인 뒤 중성자를 흡수하는 ‘가돌리늄(Gd)’을 조영제로 사용해 토모그래피(3차원 영상)로 촬영하는 방법으로 터빈 날개에 결함이 있는 부위를 탐지하는데 성공했다.
기존에는 와전류, 초음파, X선 검사 등을 통해 터빈 날개의 결함 여부를 확인해오고 있지만, 부품의 표면에 나타나는 문제만 확인할 수 있다는 한계가 있다.
연구팀이 실제 국내 항공기 보수업체의 X-ray 검사에 합격한 72개의 터빈 날개를 대상으로 중성자 비파괴 검사를 시행해보니, 13.8%(10개)의 냉각홀 내부에서 결함 및 이물질이 발견됐다.
또 터빈 날개를 절단해 정확한 결함의 종류를 분석한 결과, ‘열 부식’에 의한 결함으로 나타났다.
항공기 부품의 열 부식은 그동안 표면에만 발생하는 것으로 보고됐으나, 이번 연구를 통해 냉각홀 내부에 열부식에 의한 결함이 존재하는 것으로 확인됐다.
연구팀은 연구용 원자로인 ‘하나로’의 중성자 영상장치에서 1차 실험을 거쳐 미국 ‘에어로테스트 오퍼레이션’에서 재실험을 통해 연구 결과를 검증했다.
심철무 박사는 “영국 롤스로이스사의 항공기 비파괴전문가에 자문해 연구결과에 대한 검토를 받았고, 자사 항공기에 이 방법을 적용해보겠다는 답변을 들었다”며 “이번 연구를 통해 항공기 터빈 날개 비파괴 검사에 대한 신뢰성을 높여 항공기 추락사고를 줄일 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구결과는 미국 비파괴 전문 학술지인 ‘비파괴 평가 저널’ 온라인판 지난달 16일자에 실렸다.