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▲ (그림1) 발사체 형상과 충돌 각도에 따른 CARALL 적층재 손상 및 관통 거동 분석
경상국립대학교(GNU·총장 권진회) 항공우주공학부 임형준 교수 연구팀이 탄소섬유강화 알루미늄 적층재(Carbon Reinforced Aluminum Laminates, CARALL)의 탄도 충격 성능을 분석한 연구를 발표했다.
CARALL은 알루미늄 합금과 탄소섬유강화복합재를 결합한 섬유금속적층재로, 경량성과 높은 기계적 성능을 동시에 요구하는 항공우주 구조물에 적용 가능성이 높은 소재다. 항공우주 구조물은 조류 충돌, 우박, 파편, 활주로 이물질, 우주쓰레기 등 다양한 외부 충격에 노출될 수 있으며, 실제 충격은 수직 방향뿐 아니라 경사진 각도로 발생하는 경우가 많다. 이번 연구에서는 CARALL 적층재를 대상으로 평두 발사체와 절두원추형 발사체의 충격 거동을 비교하고, 충돌 각도 변화가 관통과 리코셰 거동에 미치는 영향을 실험과 유한요소해석으로 분석했다. 연구팀은 1단 가스건 실험과 고속 영상 분석을 통해 수직 충격 조건의 해석 모델을 검증한 뒤, 20도에서 80도까지의 경사 충돌 조건을 체계적으로 평가했다.
연구 결과, 평두 발사체와 절두원추형 발사체의 탄도 한계 속도 차이는 약 1.7%로 나타나, CARALL 적층재의 수직 충격 관통 한계는 발사체 선단 형상에 크게 좌우되지 않는 것으로 확인되었다. 반면 충돌 각도에 따라 손상 양상은 크게 달라졌다. 낮은 충돌 각도에서는 플러깅, petalling, 층간 박리가 주요 손상 모드로 나타났고, 높은 충돌 각도에서는 표면 미끄럼과 리코셰 거동이 지배적으로 나타났다.
이번 연구는 실제 항공우주 운용 환경에서 발생할 수 있는 경사 충돌 조건을 고려해 CARALL 적층재의 방호 성능을 정량적으로 분석했다는 점에서 의미가 있다. 특히 경량 복합재 구조물의 충격 안전성 평가와 항공우주 및 방산 분야 구조 설계에 활용될 수 있는 기초 자료를 제시했다.
해당 연구결과물은 창의성과 혁신성을 인정받아 복합재료분야 최고 권위 학술지인 Composites Part B: Engineering(IF: 14.2, JCR 상위 0.3% 이내)에 Investigation of projectile nose shape and impact obliquity on the ballistic performance of carbon reinforced aluminum laminates의 제목으로 게재되었다. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2026.113943
내용문의: 임형준 교수(경상국립대학교, hj.lim@gnu.ac.kr)
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