발전용 가스터빈 압축기용 섬유강화 복합재료 블레이드의 해석적-실험적 연구

초록

발전용 가스 터빈의 효율 개선을 위해 압축기 블레이드의 경량화가 하나의 방편이 될 수 있다. 본 연구에서는 압축기용 블레이드에 탄소섬유강화 복합재료를 적용하기 위한 해석 기법 및 제작 기법을 확보하고 이들의 검증을 진행하였다. 금속 블레이드와 적층형 탄소 섬유강화 복합재료 블레이드를 질량, 응력 및 변형률, 고유 모드의 관점에서 비교하고 분석하였다. 파손 이론을 통해 구조 안정성을 갖는 적층각 설계를 도출하고, 이를 기반으로 복합재료 블레이드 시제품을 제작하였다. 제작한 복합재료 압축기 블레이드 시제품의 굽힘 시험을 통해 구조 강성과 변형률이 해석결과와 합리적인 (reasonable) 수준에서 일치함을 확인하였다. 또한 초음파 검사를 통해 제작된 시제품에 내부 결함이 없음을 확인하였다. 본 연구를 통해 가스 터빈 발전 압축기용 금속 블레이드를 섬유강화 복합재료로 대체할 수 있는 가능성을 확인하였다.