서울과학기술대학교 바로가기

[자료문의〕서울과학기술대학교 공과대학 기계시스템디자인공학과 박근 교수(☎ 02-970-6358)

서울과기대 박근 교수 연구팀, 고추력 저소음의 고성능 드론 블레이드 개발
- 3D프린팅 기반 융합연구를 통해 드론 블레이드용 기계적 메타물질 개발
- 생산·제조 분야 최고 수준의 학술지 「Additive Manufacturing」 게재

□ 서울과학기술대학교(총장 김동환, 이하 서울과기대) 기계시스템디자인공학과 박근, 김정우, 이승제 교수 연구팀이 3D프린팅 기술을 적용하여 소음 저감과 추력 향상을 동시에 만족시키는 드론 블레이드를 개발하였다.

□ 기존의 군사용 등으로 사용되던 드론은 점차 사용 범위가 확산되어 도심 지역에서 상업용 목적으로의 활용이 높아지고 있으나, 도심 주거 지역에서의 사용을 위해서는 소음 저감이 필수적이다.

□ 드론의 소음은 로터 블레이드의 회전시 발생하는 소음이 지배적이며, 높은 추력을 유지하기 위한 고속 회전 시 소음이 더욱 증가하게 되어 추력을 향상시키면서도 소음을 감소시키는 2가지의 상반된 특성을 만족시키기가 쉽지 않다.

□ 연구팀은 조류 날개 표면의 깃털 구조가 소음 저감에 기여하는 점에 착안하여 깃털구조를 모방한 다양한 표면 텍스처링 기법을 적용하여 추력 향상과 소음 저감의 두가지 상반된 목적을 달성한 기계적 메타물질(Aeroacoustic Metamaterial)의 개발에 성공하였다. 

□ 상기 목적 달성을 위해 위해 3명의 교수 연구팀이 유기적으로 역할을 분담하여 융합연구를 수행하였으며, 상세한 역할 분담은 아래와 같다. 

□ 박근 교수 연구팀은 DfAM(적층제조 특화 설계) 기술을 활용하여 블레이드 표면에 다양한 패턴을 적용한 텍스쳐링 설계를 수행하였고, 광조형 3D프린팅을 사용하여 블레이드 시제품을 제작하였다.

□ 김정우 교수 연구팀은 설계된 패턴에 대한 컴퓨터 시뮬레이션을 수행하여 블레이드 표면 텍스처 주변의 유동을 분석함으로써 최적의 설계를 도출하였다. 또한 설계된 패턴이 소음 저감 및 추력 향상을 동시에 달성하는 메커니즘을 연구하였다.

□ 이승제 교수 연구팀은 제작된 블레이드를 사용한 추력 및 소음 저감 특성 실험을 수행하였으며, 최적설계된 로터 블레이드를 실제 드론에 장착하여 실증하기 위한 후속 연구를 진행하고 있다.

□ 해당 연구는 2022년도 선정된 한국연구재단의 기초연구실 지원사업(과제명: 멀티스케일 메타구조물 기반 기능성 요소기술 연구실)의 지원을 통해 수행되었으며, <Design and Manufacturing of Aeroacoustic Metamaterial: Textured Rotor Blades with Enhanced Acoustic and Aerodynamic Performance>라는 제목으로 생산·제조 분야 최상위급 학술지인 「Additive Manufacturing (IF=11.0)」 2024년 4월호에 게재됐다. 또한 개발기술에 대한 특허출원도 완료하였으며, 관련 기업으로의 기술이전을 계획중이다. 

붙임  관련 사진 2부.  끝.
 

▲다양한 표면 텍스처링 적용 사례(좌측) 및 추력-소음특성 성능평가 결과(우측)

▲(왼쪽부터)서울과기대 박근, 김정우, 이승제 교수