안녕하세요. 김상규 전문가입니다.
기계공학
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.
기계공학
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.
기계공학
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.
기계공학
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.
기계공학
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.
기계공학
Q. 풍력 발전 설비는 해상과 지상과 똑같이 하나요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.풍력발전기에 있어서기본적인 구성은 동일합니다풍력발전기를 지지하는 타워바람을 운동에너지로 바꾸는 블레이드블레이드 회전을 발전기로 전달하는 회전축주축의 저속회전을 발전용 고속회전으로 변환하는 증속기증속기로 전달받은 기계에너지를 전기로 변환하는 발전기블레이드를 바람방향에 맞추기 위헤 회전하는 요잉 시스템풍속에 따른 블레이드 각도저절을 하는 피치 시스템제동장치인 브레이크풍력발전기가 무인으로 운영가능하게 하는 컨트롤 시스템원격제어 및 지상에서 시스템상태 판별을 위한 모니터링 시스템의 구성이 전체적인 구성으로 보시면되고지상이든 해상이든 저 부분은 동일합니다.다만여기에서 해상과 지상이 달라지는 것은육상의 경우 기초 부분이고해상의 경우 하부 구조물 입니다.육상은 당연히 기초공사에 따른 고정이 되겠으나해상경우는 하부구조물의 종류가 많고 수심에 따라 고정식 및 부유식으로 설계가 됩니다.해상풍력의 하부구조물 타입은 여러가지인데요수심이 30미터 이하에서는모노파일 구조로 물 밑바닥에 하나의 기둥형식으로 파일을 박아 기둥을 바로 올리고수심 25-50 미터 정도 에서는Jacket 방식의 하부구조물로 설계됩니다.세 개이상의 파일을 박고 그 위로 트러스 구조의 탑 구조물을 만들어 수면위까지 올린 후그 상부에 다시 타워를 고정시키는 방식입니다.그 외 50미터 이상 과 120 미터 이상 수심에서는아예 하부구조물이 부유식으로 설계되는데요50 이상에서는 Semi-submersible 방식120 미터 이상에서는 Floating spar 방식의 부유식 구조물을 적용하게 됩니다.Semi-submersible 방식은 반잠수식으로 밸러스트를 이용해 균형을 잡는 부유식 플랫폼을 제작한 후 그 위에 타워를 올리기때문에부유 설치전에 대부분 육상에서 작업이 가능하고Floating spar 방식의 경우긴 주상형의 밸러스트 탱크를 사용하기 때문에 복원력 유지에 용이하지만대형화가 필요하므로 수심이 깊어야 한다는 단점도 있습니다.참고로밸러스트는 선박 등의 평형을 위해 바닥에 적재하는 평형수를 말합니다.
기계공학
Q. 소방점검 중 감지기를 작동 시켰는데 수신기로 신호가안옵니다.
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.소방점검 시즌 이신가 봅니다.소방점검 중에 감지기를 임의로 동작시키셨지만신호가 안올 경우확인해야 할 방법은 차례대로 다 해보시는 거 외엔 없습니다1차적으로감지기 자체가 설치가 정상적인지, 그리고 노후나 외부적요인으로파손된 상태가 아닌 지 확인을 해야하고그 외 확인사항은가장 기본적으로 감기지와 수신기 사이 연결 선로에 문제가 생긴 경우입니다.외부적 요인으로 선로가 손상되는 경우가 간혹있으며이럴 경우는 선로를 아예 그냥 새로 까는 수 밖에 없습니다.그 외 감지기의 단선, 불량, 단락 등의 문제와수신기 자체에 결함이 있어 신호를 수신하지 못하는 경우로 나뉩니다.감지기 자체에서 전압측정을 통해 단락상태인지 확인이 필요하고수신기는 고유주소설정이 있기때문에주소설정이 제대로 되어있는 지 확인 후 문제있을 경우재설정을 해주는 방법이 있습니다.
기계공학
Q. 소방점검 중에 발신기를 눌렀는데 경종이 울지가 않아요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.소방점검 중에 경종이 안울리는 경우는 간혹 있습니다만그게 소방공사 후 첫 점검에 그런 경우가 아니라면확인해야 할 부분이 많습니다.당연히 기본적으로 경종 측에 전원투입이 되는 지 여부확인하시고전원이 제대로 공급되고 있다치면경종이 고장났는 지 여부 확인 및말씀대로 전기회로가 단선인지 여부를 회로 도통시험을 통해 확인 하셔야 합니다.때때로 수신기 설정이 잘 못되어 그럴 경우도 있긴하나대부분 위에 열거한 확인필요 부분에서 잘못이 검지되는 경우가 대부분입니다만이게 하나하나 다 확인해야 하는 작업이다 보니상당히 품이 많이 드는 작업이긴 합니다.
기계공학
Q. PC제어의 PC가 산업용 컴퓨터인가요 아니면 업무용 컴퓨터인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.PLC 제어는산업자동화 분야에서 산업환경을 위한 설계로 나온 제어로극한의 환경에서도 안정적인 작동 및 장기간에 걸친 제어작동에서도 안정적인 성능 유지를 목표로 하는제어입니다.그와 비교되는 PC 제어 또한 결국 산업환경에서의 작동을 기본적으로 추구하며이 역시 극한의 온도./진동/ 먼지 등 산업환경에서 안정적으로 작동가능하게 설계된 컴퓨터로일반 업무용 PC 와는 다르게 강화된 내구성과 신뢰성을 바탕으로 해야합니다.또한 상황에 따라 여러 장치와 시스템에 통합 운영가능해야하므로 확장성이 좋아야하고특정한 산업 요구사항에 맞춰서 정의가능한 사양이어야되고특히 안정적인 전원공급에 따른 중단없는 운영이 되야합니다.독단적으로 운영되기도 하나PLC 같은 여타 제어시스템과도 통합되어 활용되는 경우가 많으므로일반 PC 와는 다릅니다.제가 있는 현장에서도운용되는 PC 는 일반 PC 와는 달리 서버용/산업용 으로 특화되어 나온관계로UPS 를 통한 전원공급 중단 없는 상황에서 운용되며일반적이지 않은 먼지가 많은 상황에서도 신뢰성을 보장하는 강한 내구도를 자랑합니다.PLC 제어와도 연동되며, 각 현장에 따라 DDC 시스템과도 연동되어 구성되어 있습니다.
기계공학
Q. 항공기 외면에 쓰이는 원자재는 무엇인가요?
안녕하세요. 김상규 전문가입니다.항공기는 어차피 엔진을 통한 추력으로 전진하여날개에서 발생하는 양력을 통해 뜨는 메카니즘이기에항공기 자체는강도가 높으면서도 부식에 강하고 가벼워야 합니다.따라서 주로 사용되는 재료는 알루미늄 합금 입니다.최근에는 탄소섬유 복합재료도 많이 사용됩니다.항공기 외피 재료를 간단히 나열하면알루미늄 합금주로 항공기 동체, 날개, 외피 로 사용되며 2024, 2017. 2024. 7075 등의 다양한 합급 중에서도 특히 2024 T4 합금이 많이 사용되는데이는 인장강도 245Mpa 이상으로, 탄소강보다 강도가 더 좋고내피로성이 좋고 반복적으로 가해지는 응력에 강합니다.또한 비중이 2.77g/cm3 으로 경량으로, 비행기 재질에 적합합니다.탄소섬유 복합재료알루미늄보다 더 가볍고 부식에 강하여 최근 항공기에서 많이 적용되며주로 적층구조 및 샌드위치 구조로 적용됩니다.티타늄 합금외피부분은 아니나, 내열성/내식성이 좋다보니 엔진 및 특정구조물에 활용됩니다.결국 항공기의 안전성. 비용, 성능을 따져 봤을 때 알루미늄 및 탄소섬유 복합재료의 잇점이 다분하므로 , 적용사례가 많으며참고적으로 알루미늄 경우 , 전체적인 무게증가 및 유지보수 용이 면에서용접방식 제조가 아닌, 리벳방식의 결착을 이용합니다.