▲ ▲재료연구소 김진봉 박사가 레이더 신호를 흡수하는 스텔스 기능을 갖춘 복합소재로 만든 특수 시트를 보고 있다. . ▲재료연구소 김진봉 박사가 레이더 신호를 흡수하는 스텔스 기능을 갖춘 복합소재로 만든 특수 시트를 보고 있다.

첨단 전투기에 적용되는 것과 유사한 스텔스 기술을 접목한 복합재 블레이드가 국내 최초로 개발됐다.

재료연구소(소장 조경목)는 연구소 풍력핵심기술연구센터 블레이드연구팀(연구책임자 김진봉 박사)이 스텔스(stealth) 복합재 블레이드를 개발했다고 최근 밝혔다.

지식경제부 신재생에너지기술개발사업의 일환으로 지난 3년여의 연구를 통해 개발된 스텔스 복합재 블레이드는 레이더를 99% 흡수하여 항공 교통 제어와 방공, 날씨 예측 등에 사용되는 레이더에 혼선이 일으키지 않도록 한다는게 핵심이다.

해외 통계에 따르면 풍력발전기 설치와 관련해 10~25% 정도의 비율로 발전기 블레이드에 의한 레이더간섭 문제가 장애 요소로 작용하고 있다.

풍력발전기의 경우 블레이드로 인한 신호 간섭이 많은데 이는 레이더가 고정된 물체는 무시하는 반면 움직이는 물체에는 반응하기 때문이다.

국내의 경우 군 부대의 분포와 밀도가 높은 편이어서 풍력단지 조성 및 발전기 설치에 있어 레이더 신호 간섭 문제에 대한 해결책이 필요했다는 것이 연구소 측의 설명이다.

김진봉 박사팀은 특정한 전기적 특성을 갖는 탄소나노소재로 제작된 시트를 블레이드의 표면에 추가해 레이더 신호를 흡수시켜 열로 바뀌도록 했다.

이는 기존의 블레이드 제작 공정을 그대로 활용할 수 있어 추가적인 비용 부담을 최소화했다.

블레이드는 3MW급의 무게가 하나당 10톤이며 블레이드 깃 끝이 시속 250km의 속도로 돌아가기 때문에 에어포일(날개 단면 형상)의 모양이 흐트러지면 전체 풍력발전기 성능에 지장을 줄 수 있다.

또한 무게가 늘어나면 내부 부품에 부담이 가중되기 때문에 가벼운 소재를 채택해야 하는 특성이 있다.

연구책임자인 김진봉 박사는 “블레이드는 풍력발전기의 모든 출력과 하중의 근원이 되는 핵심부품으로 고효율, 경량화 특성을 가져야 한다”며 “이번에 개발된 기술은 블레이드의 모양이나 중량 등에 영향을 미치지 않고 레이더 신호를 흡수할 수 있다”고 강조했다.

김 박사팀이 개발한 특수 시트는 표면 두께 0.21~0.22 mm, 밀도 1.6g/㎤ 인 얇고 가벼운 복합소재로 만들었다. 실험 결과 이 시트를 적용한 블레이드는 표면으로 입사되는 레이더의 99% 이상을 흡수하는 것으로 나타났다. 기존 블레이드는 레이더를 100% 반사시켰다.

이번에 개발된 특수 시트를 적용하면 컴퓨터, 텔레비전, 냉장고 등 여러 전자기기에서 방출되는 전자파를 차단(EMI 기술)할 수 있다. 또한 전자기기에서 발생하는 소음을 방지(EMC 기술)하는 데도 응용할 수 있다.

스텔스 복합재 블레이드는 얇은 시트를 적용하는 것만으로도 높은 전파 흡수 성능을 가지기 때문에 경량화가 요구되는 군사기술분야에 대한 파급효과도 클 것으로 기대된다.

김 박사팀은 이 기술을 무인전투기에 적용하기 위한 연구를 진행 중이다.

스텔스 복합재 블레이드 기술 관련 국내 특허를 출원했으며 올 하반기 전자파 관련 저명 학술지인 IEEE-TEMC에 소개될 예정이다.

세계 풍력 시장은 매년 30% 고속 성장하고 있어 오는 2015년 100조원을 넘는 시장이 형성될 것으로 예상되고 있다. 또한 풍력발전기 중 블레이드가 차지하는 가격 비중은 20% 정도로 성장 가능성이 매우 높다.

김 박사는 “이 기술이 상용화 되면 국내 풍력발전단지 조성 확대와 기술 태동기에 있는 국산 풍력 블레이드 산업의 경쟁력 및 매출 향상에 큰 도움이 될 것으로 기대된다. 또 군용 항공기 등에 적용할 수 있어 자주 국방력 증진에도 기여할 것”이라고 말했다.

재료연구소 복합재료연구그룹의 김진봉 책임연구원은 전자파 흡수 복합재료 기술과 복합재료 구조설계 및 특성평가기술 등을 연구하고 있다.

신소재경제
김성준 기자 sj@amenews.kr