안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
Q. 로켓의 구성에 대해 상세하게 알려주세요
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.로켓의 구조로켓은 여러 부분으로 나뉘어 있습니다.주요 구성 요소는 다음과 같습니다:1, 페이로드 (Payload): 로켓이 운반하는 물체로, 인공위성, 우주선, 과학 실험 장비 등이 포함됩니다.2, 탱크 (Tank): 연료와 산화제를 저장하는 부분입니다.연료는 로켓이 움직일 수 있게 에너지를 제공하고, 산화제는 연료가 연소할 수 있게 도와줍니다.3, 엔진 (Engine): 연료와 산화제를 태워 고온 고압의 가스를 생성하여 추진력을 만듭니다.4, 노즐 (Nozzle): 고온 고압의 가스를 고속으로 배출하여 추진력을 증가시킵니다.여기서단수를 나눠서 조합되면 다단 구조 형상을 가지며각 단에는 엔진과 추진체 연료탱크가 탑재됩니다.각 단 추진체가 소비되면 분리하여 버리면서작용 반작용의 원리로 더욱 추진력을 얻으면서 우주궤도로 올라가는 방식인데요.단 분리 부는 하단 연료가 다 소모되었을 시 분리해주는 부분으로각 단 연결부분을 분리장치로 절단한 다음, 1단 역추진 모터 등을 이용하여로켓추진방향 반대로 추력발생르로 멀어지게 하든 지2단 엔진 점화를 통해 멀어지게 하는 방법 들이 있습니다.여기서 기존 분리되는 하부 추진체 단락 부분들은지금까지의 방식들로는 모두 바다 로 떨어지게 하여수거 후 최대한 재사용 가능한 것은 재사용 하는 방식입니다만스페이스X에서 추진중인 방식은하단 추진체가 상부 우주궤도 진입용 우주선을 필요 궤도 까지 올린 후기존 같이 그냥 떨어져 버리는 것이 아닌그 추진체 하단부가 다시 발사 지점까지 돌아와 안착하는 방식을 쓰기때문에결국 버리는 추진체가 단수가 없기때문에소모되는 비용은 연료 정도라고 볼 수 있겠습니다.이번 10월에 스페이스 X 에서 발사한 다섯번째 스타쉽 시험발사에서스타쉽 상부 2단부인 우주선도 75분간 비행에 성공했지만하부 추진체 1단부분 슈퍼 헤비 로켓도 순조롭게 분리되어7분만에 다시 발사 지점으로 정확하게 페이로드 지점으로 돌아왔습니다.엔진을 재점화하여 역추진하는 방식으로 속도를 줄인 뒤발사탑에 정확하게 다시 안착 하였습니다.
기계공학
Q. 자동차의 내연기관과 전기차의 구동 시스템의 차이점은 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 내연기관차 내연기관은 차를 움직이게 하기 위한 핵심부품이 엔진과 변속기입니다.일반적으로 자동차에서 쓰이는 엔진의 경우에는 흡입 → 압축 → 폭발 → 배기의 과정을 거치는 4 행정(stroke) 시스템을 사용하는데요차량이 요구하는 토크(힘)와 이 엔진에서 발생하는 토크 영역은 서로 다릅니다. 그래서 변속기가 필요합니다. 변속기는 엔진의 회전 영역과 토크의 영역이 넓지 않기 때문에 그 영역을 넓혀주는 역할을 하게 됩니다.따라서 내연기관에서의 에너지 효율을 위해서는무엇보다도 엔진의 열효율이 가장 관련되기에엔진 열효율을 최대한 높이기 위한 설계를 고려해야 합니다.2, 전기차내연기관차에서 모든 동력원이 엔진으로부터 나오는 것에 비하여 전기차에서는 모든 동력원이 전기이며, 이 전기를 배터리가 저장하고 있습니다. 따라서 실제 동력을 발생시켜서 자동차를 움직이게 하는 것은 모터이지만, 그 모터를 구동하기 위한 전기를 저장하고 있는 부품은 배터리이기 때문에, 내연기관차에서 엔진의 역할을 하는 부품이 전기차에서는 배터리입니다.전기차의 구동원리에 대해서 잠깐 간단히 설명해 보겠습니다. 전기차에서 배터리로부터 전원을 공급받아서 회전을 발생시키는 구동모터가 있습니다. 이 구동모터의 종류에는 여러 가지가 있지만 대부분의 자동차에서 사용되는 구동모터는 영구자석형 모터라고 보면 됩니다.내연기관차에는 변속기가 있다면, 전기차는 변속기가 역할을 하는 감속기가 있습니다. 내연기관의 변속기는 도로 상황이나 운전조건에 맞추어 적절한 토크를 낼 수 있게 엔진의 회전수를 변속시키는 역할을 합니다. 전기차의 감속기도 모터의 속도를 변화시키는 측면에서 변속을 한다고 생각할 수 있겠지만, 그보다는 모터의 회전수를 감소시켜서 더 큰 토크를 발생시키기 위한 목적이 크기 때문에 감속기라고 부르는 것입니다.전기차에서의 배터리란 내연기관차에서의 엔진 그이 상의 의미를 가지는데요자동차의 주행거리도 배터리의 용량에 의해서 결정이 되고, 배터리가 발생시킬 수 있는 전압의 크기에 따라 구동모터의 회전력과 회전수에도 영향을 미칩니다.따라서 전기차에서는 결국 배터리의 성능, 모터의 성능, 변속기 성능이 차량 에너지 효율에 지대한 영향을 미치기에관련 부품들의 발전이 에너지 효율성에 밀접하다 하겠습니다.
기계공학
Q. 앞으로 일자리느 어떻게 될까요 더욱 줄어들까요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.AI 발전에 따라, 그리고 AI가 탑재된 안드로이들 들 같은 발전에 따라사라질 직업도 있고 생겨날 직업도 있습니다.나열해 본다면1, AI 시대에 사라질 수 있는 직업들제조업과 AIAI는 제조 공정의 최적화, 품질 관리, 재고 관리 등에 사용될 수 있습니다. AI는 빅 데이터를 분석하여 공정의 비효율성을 찾아내고, 제품 결함을 예측하며, 공급망을 관리하는 데 도움을 줄 수 있기에, 제조업체가 더 높은 품질의 제품을 더 효율적으로 생산하는 데 기여할 것입니다.서비스업AI 챗봇과 가상 비서는 고객 서비스를 자동화하고, 24시간 서비스를 제공할 수 있게 변화시켰습니다. 고객의 질문에 답하거나, 상품을 추천하거나, 예약을 도와주는 등의 역할을 수행하고 있으며,,고객 데이터를 분석하여 개인화된 서비스를 제공하고 있습니다전문직의료, 법률, 금융 등의 분야에서 AI는 전문가들의 업무를 지원하고, 결정 과정을 향상시키는 중입니다.의료AI가 질병 진단, 환자 모니터링, 의약품 개발 등에 사용되고 있습니다법률AI가 법률 문서 검토, 법률 자문, 판례 검색 등에 활용되고 있습니다.금융AI가 투자 분석, 리스크 관리, 부동산 평가 등에 사용되고 있습니다.2, AI 시대에 새롭게 등장할 직업들AI 및 데이터 관리 전문가AI 전문가들은 AI 시스템을 설계하고 구현하는 역할을 합니다. 이들은 AI의 학습 과정을 관리하고, AI의 성능을 최적화하는 데 필요한 전략을 개발합니다데이터 관리 전문가는 기업이 보유한 대량의 데이터를 보호하고 관리하는 역할을 합니다.AI의 사회적 행동 규칙을 설정AI의 행동과 결정에 대한 규제와 가이드라인이 필요하게 되었기에, AI의 사회적 행동 규칙을 설정하고 관리하는 'AI 에티켓 조정관'이라는 새로운 직업이 등장할 것입니다.AI 트레이너AI에게 데이터를 제공하고, AI의 학습 과정을 모니터링하며, 필요한 경우 AI의 학습 방향을 조정합니다.인공지능 윤리를 연구하는 직업AI의 윤리적인 문제를 연구하고, AI의 윤리적인 사용을 위한 가이드라인을 개발하는 역할을 합니다.간단히 AI 발전에 따른 직업 변화 예상을 열거해 보았습니다
기계공학
Q. 기계를 설계할때 기계 부품의 설계원리는 어떤가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.1, 기계설계의 역할기계설계의 중요성 파악이 중요기계시스템, 구성 요소 및 제품 생성 및 개발이 포함되며, 혁신적이고 효율적인 해법을 설계하기 위한엔지니어링 원칙, 미학, 기능/ 제조 고려 사항의 적용 포함2, 고려사항목적, 기능, 안전, 환경 영향, 제조 가능성 및 비용 효율성 이 포함 됨3, 재료 선택재로 마다의 성능/ 내구성에 영향을 미치는 고유한 속성이 있기에 올바른 재료 선택은 매우 중요금속, 고분자, 합성물 및 세라믹과 같은 기계설계 사용 재료 선택 시강도, 무게, 내식성, 열적 특성 및 비용 이 포함 됨4, 응력 및 구조 해석 구성요소 및 시스템의 구조적 무결정을 디자인 하는 것으로 응력분석에는 힘의 분포, 하중이 가해진 상태에서의 재료 상태 예측, 설계가 예상 작동 조건을 견딜 수 있는 지 확인 정적, 동역학 및 유한요소분석 같은 개념이 설계의 안전/ 신뢰성을 보장5, 기계적 동력 전달 기어, 벨트, 체인 및 샤프트와 관련된 원리 이해로 효율적 동력전달 시스템 설계 시스테 설계 성능 최적화를 위한 기어비, 토크, 속도 및 기계적 효율성 검토 필요6, 제조 가능성을 고려한 설계 공차분석, 부품통합, 어셈블리 고려사항 및 비용 최적화 같은 개념은 설계를 실제 제품으로 효과적으로 변환할 수있도록 하는데 중요 역할 담당7, 인체 공학 및 인적 요소 인체 측정 데이터, 인간-기계 상호작용 및 인체공학 원리 이해로 사용자 경험을 향상하고 부상이나 불편함의 위험을 최소화 하는 디자인 가능8, 프로토 타이핑 및 테스트 프로토 타입 제작 통한 디자인 검증/ 개선3D 프린팅, CNC 머시닝 또는 래피드 포로토타이핑 같은 다양한 방법 탐색으로 아이디어 실현프로토 타입에 대한 철저한 테스트/ 분석 수행으로 설계 결함 식별9, 지속 가능성 및 친환경 설계 에코디자인, 수명주기 평가, 재생에너지 통합 같은 개념 접목으로 환경영향최소화 디자인 개발, 재료 재활용, 에너지 효율적 시스템/지속 가능 제조방식을 검토 필요.이상으로 간단히 기계 설계의 필수적인 주의/ 고려 사항을 나열해 보았습니다.
기계공학
Q. 기계공학의 제조 방법론의 특정 제품에 재료를 선택할 때 고려야해야할 요소는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.- 기계나 제품의 재료 선택에는 기능과 비용 등 2가지 관점이 필요 기계나 제품의 재료를 선택할 때에는 기능과 비용 등 2가지 관점에서 시작합니다. 저렴해도 사용할 수 없다면 의미가 없으며, 반대로 아무리 고기능 제품이라도 너무 비싸면 사용하기 어렵습니다. 쌍방의 균형을 갖춘 상태가 가장 좋은 설계라 할 수 있습니다. 기계 설계나 제품 개발 시에는 기능과 비용의 균형을 맞추며 재료를 선택해야 합니다.- 기능을 결정하는 3가지 성질그렇다면, 재료에서의「기능」이란 대체 무엇일까요? 재료에서의「기능」은 다음과 같습니다.기계적 성질 주로「강도」와 관련된 성질입니다. 기계나 부품으로 완성했을 때, 외부에서 가해지는 힘에 견디기 위한 성질을 말합니다. 재료의 성질로는 강도와 경도, 인성 등이 해당합니다. 구체적으로는 스테인리스나 강철은 강한 재료에 속하지만, 알루미늄 등은 그다지 견고한 재료가 아닙니다.물리적 성질 무게나 전기, 열 등, 주로「물리」에서 취급하는 분야에 대한 성질입니다. 기계나 부품으로 완성했을 때의 사용 조건에 대한 성질이라 할 수 있습니다. 전기가 통하는가 통하지 않는가, 열로 얼마나 팽창하는가, 자석에 반응하는가 등, 힘 이외의 기능을 말합니다. 재료의 성질로는 비중, 도전성, 열 팽창률, 자성 등이 해당합니다. 가령 자석에 반응하거나 열이나 전기가 잘 통하는 재료를 원할 때에는 철계 재료를 선택합니다.화학적 성질 산화(녹)나 약품 등과의 반응에 관한 성질입니다. 기계나 부품으로 사용할 때의 환경에 대한 성질이라 할 수 있습니다. 물이나 바닷물이 있는 곳, 산이나 기름에 노출된 곳 등, 주위 상황에 대해 재료가 안 좋은 방향으로 변화하지 않는 기능을 말합니다. 재료의 성질로는 내식성이 해당합니다. 예를 들어, 철이나 강철 재료는 상황에 따라 부식되지만, 스테인리스나 알루미늄은 심하게 부식되지 않습니다.- 제품의 비용을 결정하는 3가지 포인트동일한 기능을 가진 기계나 부품을 가능한 저렴하게 만들기 위해서라도 재료 선택은 중요합니다. 비용과 관련된 재료 선정에는 아래의 3가지 포인트가 있습니다.재료 그 자체의 가격 이는 매우 단순한 이야기입니다. 금이 철보다 비싸고 은이 동보다 비싸다는 것은 누구나 아는 이야기입니다. 마찬가지로 금속 재료든 수지 재료든 종류나 등급에 따라 재료 그 자체의 가격에 차이가 있습니다. 구체적으로는 철강 재료에 비해 스테인리스가 비교적 비싼 경향이 있습니다.재료 입수의 난이도 재료 입수의 난이도는 재료 그 자체를 얼마나 쉽게 입수할 수 있느냐와는 다소 다릅니다. 간단히 말하자면, 일반적으로 판매되고 유통되고 있느냐는 것입니다. 예를 들어, 동일한 강 재료라도 판재나 원형 막대기, 블록 모양과 같은 형상에 따라 재료 제조업체에서 취급하느냐 아니냐로 나뉩니다. 또한, 철골로 많이 사용되는 I자 강이나 L자 강과 같이 이미 어느 정도 사용하기 편리한 형태로 가공해 판매하는 경우도 있습니다. 재료 제조업체가 항상 취급하는 일반적인 재료라면 비교적 저렴하게 입수할 수 있습니다. 그리고 여러 구매처를 보유할 수도 있기 때문에 재해 시 등을 예상한 위험 분산에도 도움이 됩니다. 반대로 가령 재료 그 자체에 대한 단가는 낮아도 특별한 형상으로 구입하려 하면 비용은 높아집니다.재료 가공의 난이도 기계 설계나 제품 개발에서 비용 문제는 재료의 가격만으로 정해지는 것이 아닙니다. 가공에 드는 비용도 기계나 부품 가격에 영향을 줍니다. 예를 들어, 단단한 부품을 만들고 싶어 단단한 재료를 구입해 절삭 가공 등을 하면, 단단한 재료는 당연히 가공하기 어렵기 때문에 가공에 드는 비용은 높아집니다. 따라서 가공하기 쉬운 단단한 재료를 구입해, 절삭 가공 등의 기계 가공을 한 후 담금질 등의 열 처리를 하는 방법이 있습니다. 또한, 강한 판금 부품을 원해 판 두께를 두껍게 하면 역시 소성 가공에 드는 비용이 높아집니다. 금형 가격이 다소 비싸져도 리브나 수직 벽을 추가하는 등, 설계적인 면에서 연구하여 비용을 낮게 관리할 수 있습니다.