▲ 다양한 표면 텍스처링 적용 사례(左) 및 추력-소음특성 성능평가 결과(右)

국내 연구진이 적층제조특화설계(DfAM)와 3D프린팅 기술을 활용해 드론 블레이드의 소음을 줄이고 추력을 향상시키는데 성공했다.

서울과학기술대학교(총장 김동환, 이하 서울과기대) 기계시스템디자인공학과 박근, 김정우, 이승제 교수 연구팀은 3D프린팅 기술을 적용해 소음 저감과 추력 향상을 동시에 만족시키는 드론 블레이드를 개발했다고 16일 밝혔다.

기존의 군사용 등으로 사용되던 드론은 점차 사용 범위가 확산돼 도심 지역에서 상업용 목적으로의 활용이 높아지고 있으나, 도심 주거 지역에서의 사용을 위해서는 소음 저감이 필수적이다.

드론의 소음은 로터 블레이드의 회전시 발생하는 소음이 지배적이며, 높은 추력을 유지하기 위한 고속 회전 시 소음이 더욱 증가하게 되어 추력을 향상시키면서도 소음을 감소시키는 두 가지의 상반된 특성을 만족시키기가 쉽지 않다.

연구팀은 조류 날개 표면의 깃털 구조가 소음 저감에 기여하는 점에 착안해 깃털구조를 모방한 다양한 표면 텍스처링 기법을 적용해 추력 향상과 소음 저감의 두 가지 상반된 목적을 달성한 기계적 메타물질(Aeroacoustic Metamaterial)의 개발에 성공했다.

이번 연구에 있어 박근 교수 연구팀은 DfAM 기술을 활용해 블레이드 표면에 다양한 패턴을 적용한 텍스쳐링 설계를 수행했고 광조형 3D프린팅을 사용하여 블레이드 시제품을 제작했다.

김정우 교수 연구팀은 설계된 패턴에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행해 블레이드 표면 텍스처 주변의 유동을 분석함으로써 최적의 설계를 도출하였다. 또한 설계된 패턴이 소음 저감 및 추력 향상을 동시에 달성하는 메커니즘을 연구했다.

이승제 교수 연구팀은 제작된 블레이드를 사용한 추력 및 소음 저감 특성 실험을 수행했으며, 최적설계된 로터 블레이드를 실제 드론에 장착해 실증하기 위한 후속 연구를 진행하고 있다.

한편 이번 연구는 생산·제조 분야 최상위급 학술지인 ‘Additive Manufacturing (IF=11.0)’ 2024년 4월호에 게재됐다. 또한 개발기술에 대한 특허출원도 완료했으며, 관련 기업으로의 기술이전을 계획 중이다.

▲ (左부터)서울과기대 박근, 김정우, 이승제 교수