나사, 애널리스트위프트·남플로리다대와 협력해 얇은 합판 복합소재 개발

퍼듀 대학 계열 소프트웨어 기업 애널리스트위프트(미국 유타주 웨스트조던)는 효율적인 고정밀 복합소재 모델링 소프트웨어를 제공하며, 주 연구 기관인 남플로리다 대학과 함께 나사 중소기업 기술이전 계약을 체결해 우주선 및 나사 임무에 필요한 얇은 합판(thin-ply) 복합소재를 포함한 복합소재 설계를 개선하게 되었습니다.

얇은 합판 복합소재는 경화 후 합판 두께가 0.0025인치(약 0.0635mm) 미만인 것으로, 카본 파이버, 그래핀, 기타 폴리머 같은 직물 소재로 만들어집니다. 합판 가장자리를 따라 약간의 곡선이 있어 뒤로 굽히는 대신 무게를 지탱할 수 있게 하여 강도를 얻습니다. 이 특성 덕분에 위성 탑재체(태양광 항해용 솔라 세일 등)를 지지하거나 대형 우주선의 지지 구조물로 충분히 강하다고 보고됩니다. 또한 얇은 합판 복합소재 구조물은 말아서 압축 보관했다가 배치 필요 시까지 장기간 저장할 수 있습니다.

"얇은 합판 복합소재는 전개 가능한 우주선 구조물 제작에서 기존 금속 소재 대비 상당한 성능 이점을 제공합니다."라고 UCF 기계항공우주공학과 카와이 콕 조교수는 말합니다. 그는 이 연구를 이끌고 있습니다. "얇은 합판 복합소재의 극도로 얇은 두께와 높은 파단 변형률 한계는 현재 능력을 훨씬 초과하는 접힘 곡률을 가능하게 합니다. 부피와 질량 면에서 효율적이며, 쉽게 구할 수 있는 소재와 상용 공정으로 저비용 제조가 가능합니다."

콕과 그의 구조 및 소재 설계 연구실은 우주 환경용으로 설계된 얇은 합판 복합소재와 폴리머의 성능을 반복 사용과 장기 압축 보관 조건 하에서 특성화하고 모델링하기 위해 자체 개발한 실험적, 계산적 방법론을 사용할 것입니다.

콕은 이 연구에서 도출된 실험 데이터, 이론, 동반 소프트웨어가 위성용 붐, 세일, 패널, 반사판 등에 적용될 수 있으며, 나사 임무용 착륙선, 로버, 태양광 어레이용 경량 구조물, 컴팩트하고 수직 발사 능력을 가진 미래 항공기에도 적용될 수 있다고 말합니다.

애널리스트위프트의 앨런 우드 사장 겸 CEO는 콕 교수의 얇은 합판 복합소재 연구 경험(나사 협력 포함)이 풍부해 남플로리다 대학을 연구 기관으로 선택했다고 밝혔습니다. "카와이 콕 교수는 이 문제로 나사와 협력해왔으며, 애널리스트위프트는 UCF를 이 프로젝트의 연구 기관으로 파트너하게 되어 기쁩니다."라고 우드는 말했습니다.

애널리스트위프트와 UCF는 퍼듀 대학(미국 인디애나주 웨스트라파예트)과도 협력하며, 퍼듀는 연구 코드 개발을 주도하고, 원빤 유 교수의 지도 하에 모델 검증 및 검증에 필요한 시뮬레이션을 실행할 예정입니다. 유 교수는 퍼듀 항공우주공학과 교수입니다.

"현재 극한 조건과 과거 하중 이력을 고려한 이런 유형의 작업에 대해 검증되고 신뢰할 수 있는 특성화 및 모델링 방법과 도구가 없습니다."라고 유 교수는 말합니다. "신뢰할 수 있는 예측 및 특성화 능력이 없으면 최종 설계의 성능 불확실성을 피하기 위해 추가 시험이 종종 필요해 기술 개발과 납품이 지연됩니다."

자세한 정보는 로버트 H. 웰스, 연구 사무실,
robert.wells@ucf.edu로 문의하세요.