안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
Q. 풍력 발전기의 블레이드 설계 방법을 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.풍력발전기에서 결국 1차적으로 바람을 받는 블레이드의 설계가 전체적 효율을 좌우한다 할 수 있습니다.블레이드를 설계함에 있어서 핵심적인 부분은첫째블레이드로 바람이 스칠 때 발생하는 양력과 항력을 최대한 효율적으로 이용하기 위해비행기 날개와 유사한 에어포일 형상을 가지게 해야합니다.둘째공기역학적으로 블레이드의 효율을 높이기 위해비틀림 각도를 적절히 잡아야하고폭은 뿌리에서 끝으로 갈 수록 좁아지게 하여 공기역학적 효율을 극대화 시킵니다.셋째항공기 외피 설계에서도 요구되는경량화와 강도, 내구성을 동시에 만족시키기 위해탄소섬유 강화재료 및 유리섬유 강화플라스틱 등의 재료가 주 재료로 소요됩니다.그 외기술적인 부분으로바람의 조건과 방향에 따라센서와 엑추에이터 작동에 따른 블레이드 각도를 변경시키는 제어방식과로터의 회적속도까지 가변적으로 제어가능한 방식을 적용하고 있습니다.
Q. 고속 기계가공에서 절삭유는 어떤 역할을 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.산업체에서 적용하는 절삭유는공작물의 재료 및 가공하는 방법에 따라종류가 엄청 많습니다.고온고압에서 마찰을 줄이는 극압유공구와 절삭유 사이 고체막을 형성해 윤활을 돕는 염화유경절삭에 잘 쓰이는 광물유중절삭에 잘 쓰이는 동식물유중절삭에 대부분 쓰이는 유화염화유물에 원액을 혼합해서 쓰는 유화유침과 냉각흐름을 도와주는 알칼리성 수용액 등이 있는데요결국 고속 가공이다보니그에 따른 마찰 및 절삭에 따른 고열이 가장 큰 문제입니다.역할은 결국냉각을 통한 공구와 공작물의 냉각을 통해 열변형을 방지하는 것이고공구와 공작물 사이 마찰을 감쇠시켜 마모를 줄이고 가공 정밀도를 높이는 것입니다.또한 항상 고열에 시달리는 공작물과 공구의 부식방지 효과도 기대하며가공 중에 발생하는 칩의 원활한 제거를 통해 결과적으로 가공한 공작물의 가공면의 깔끔함을 유지 할 수 있습니다.
Q. 발전용 가스터빈과 항공기용 터빈 엔진의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.발전용 가스터빈이나 항공기용 터빈엔진은기본적인 동작방식에 있어서는 크게 다르지 않습니다.공기를 흡입하여 압축하여 공급한느 압축기압축된 공기와 연료를 호합해서 연소시킴으로, 고온고압의 연소가스를 생성하는 연소기그리고 연소가스가 통과하면서 회전하는 터빈!그리고 연소가스의 배출이 과정에 있어서발전용 가스터빈의 경우축이 단일로 되어, 압축기와 터빈이 하나의 로터로 연결된 방식이나항공용 터빈엔진은저압 측 터빈 축, 고압 측 터빈 축이 따로 다단으로 구성되어경량화와 추력 상승의 목적을 위한 설계가 됩니다.성능적 요구사항에 있어서도항공용은 당연히 비행기를밀어줄 추력발생이 목적이기에단위무게당 최고의 추력을 내야하지만발전용 경우는 고효율로 전기생산이 목적입니다.또한 항공용의 경우 각종 극한의 조건에서도 안정적인 작동을 보여줘야하나발전용의 경우 주로 고온에서 효율적으로 작동하도록 요구사항이 나타납니다.
Q. 항공기 복합소재는 기존 금속 소재보다 어떤 장점이 있는지 궁금합니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.항공기 소재로 가장 많이 주목받았던 소재는알루미늄 합금인데요이는 일단 항공기 소재로써 가장 중요한 경량성 과 강도 및 내구력을 가졌기 때문입니다만요즘은 탄소섬유 복합소재가 주목받는 상황인데요장점을 간단히 보면알미늄합금이나 티타늄에 비해 최소 25~45% 가량 가볍기때문에 항공기의 연료효율 자체가 올라가므로, 결과적으로 비용감소로 이어집니다.또한 상당히 높은 내구성과 강도를 가지기에 구조를 변경하여 더 나은 강도와 내구성을 뽑아낼 수 있습니다.금속이 아니므로 부식에 강하고특히 피로에 대한 내성이 더 뛰어납니다.금속에 비해 가공법이 수월하다보니 다양한 형태로의 설계가 가능하고가공변형의 용이성으로 인해 생산과정 자체도 수월해 집니다.
Q. 기계공학이라는 단어가 시작된것은 언제 부터 인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.기계 공학의 시초가 언제 부터라 말 하는 것은어떤 관점에서 기계공학을 보냐에 따라 달라지는 부분이긴 합니다.역사적 사료가 많지 않다는 조건에서고대 이집트시대 피라미드 건설에 있어서기중기 도르레 등을 사용한 부분도 기계적 원리를 썼다보니 기계공학이라 할 수 있으나자료가 불분명하고중세에 풍차의 동작에 있어서기본적인 기어 의 시스템을 적용했다는 점에서 본다면그것도 기계공학의 시초라 할 수도 있습니다다만실질적으로 현대에서 기계공학이라고 볼 수 있는 부분이본격적으로 시작된 시점이라면18세기 산업혁명 시기라 할 수 있습니다.특히 그중에 와트가 발명한 증기기관은 진정한 기계공학의 시초로 증명되는 부분입니다.하지만 모든 것이 남아있는 자료에 의한 것이다보니어느것이 진실이다 라고 하기엔 무리가 있습니다.사실 그리스 안티키테라 섬 앞바다에서 발견된안티키테라 라는 기계는대략 기원전 1세기 경의 물건으로 추정되나내부에 정밀한 30개 이상의 톱니바퀴로 구성된 복잡한 기계이고이 기계의 목적과 성능이 어떤 것이 지 밝혀 내는데만 해도발견된지 100년이 지나서야 대략적으로 알아내게 되었는데요.세계 최초의 아날로그 컴퓨터라 칭할만큼고도의 공학적 지식과 정밀한 기계제작 기술로 만들어진 기계입니다.1900년대에 발견되어2005년이 되서야 엑스선 및 CT 스캔으로 내부구조가 분석되었고전체적으로 태양과 달위치 외에각종 행성 및 행성들의 위성의 움직임까지 예상을 하는 기계로 판단되는천문과 공학이 융합된 최초의 컴퓨팅 장치로 평가될 정도이기에기계공학의 최초가 언제이다! 라고 단정짓기에는상당히 애로점이 있다고 판단됩니다.