해양 무인시스템 산업활성화를 위한 객관적 시험평가체계 개발

해양 무인시스템 산업활성화를 위한 객관적 시험평가체계 개발

본 과제는 바다에서 스스로 움직이는 로봇이나 장비, 즉 '해양 무인시스템'이 제대로 작동하고 안전한지 확인하기 위한 시험 및 평가 기술을 개발하는 연구임. 이러한 시스템들이 다양한 해양 활동에 활용될 수 있도록 신뢰성을 높이는 것이 목표임. 연구 목표는 해양 무인시스템 산업의 활성화를 위한 객관적 시험평가체계를 개발하는 데 있음. 핵심 연구 내용은 해양 무인시스템 시험평가체계의 초도 설계, 실내 수조를 활용한 시험평가 구축, 그리고 내해 및 외해 실해역 실증 시험장 설계 및 일부 구축을 포함함. 또한, 해양 무인시스템 산업 활성화를 위한 법 및 정책 연구도 수행됨. 기대 효과로는 해양 무인시스템의 성능을 객관적으로 평가할 수 있는 시험평가체계 확보와 민·관·군 연계 시험평가 체계 및 실증 시험장 확보를 통해 국내 해양 무인시스템 기술의 발전과 상용화에 크게 기여할 것으로 전망됨.

거북이의 네 발 구조를 터빈 블레이드로 사용하고, 유동에 의해 자가-구동되어 왕복회전 운동하도록 하며 이 운동에너지를 전기에너지로 변환하고 저장하는 방식의 발전시스템을 개발하고자 한다. 이를 위한 핵심 기술로는, 1) 왕복회전 블레이드(또는 수중익) 형상 및 운동 설계 2) 자가-구동 기구 및 몸체 설계 3) 단방향회전 변환 기구 포함 동력계 설계 4) 발전 및 에너지 저장시스템 포함 전장 설계 5) 입·회수(launch-recovery) 장치 설계이며 요소별 설계 및 검증 방법론 개발(1년 6개월)–서브시스템 설계 및 검증 방법론 개발(1년)–시제품 제작·구현(2년) 과정을 거치며 기술성숙도 향상(1:10 규모 시스템 기술의 유사 환경에서 구현: TRL 4 이상(2013, SI Ocean))을 목표로 한다. ○ 1차년도: 요소 설계·검증 I - (1:10 규모) 시제품 목표 대비 1:2 규모 왕복회전 블레이드 형상과 운동 설계 및 검증 · 형상의 경우 거북 발 모사 또는 선행 연구 자료 분석 기반으로 설계하며 검증 목적으로 전용 CFD 코드 개발 및 활용 · 운동의 경우 선행 연구 자료 분석으로 후보군을 구성하고 설계 목적으로 동적모델 기반 유체역학 해석 전산도구 개발 및 활용 - 왕복회전 운동에서 단방향회전 운동으로의 변환기구 포함 동력전달계 설계 및 검증 · 크랭크(단방향회전)-로커(왕복회전) 4절 기구로 선정하고 기구 분석 도구를 통해 설계 · 실험 장치 구성 후 구동링크를 크랭크와 로커로 각각 선택하고 육상 실험을 통해 검증 ○ 2차년도: 요소 설계·검증 II - (1:10 규모) 시제품 목표 대비 1:2 규모 자가-구동 기구 및 몸체 설계 및 검증 · 자가-구동(self-starting) 기구 방식을 선정하고 기구 분석 도구를 통해 설계 · 1차년도에 설계된 블레이드와 운동 변환기구를 결합하고 풍동 실험을 통해 검증 · 몸체(나셀)는 거북 모사로 형상 설계하며 풍동 실험으로 항력 평가 - 입·회수 장치 설계 및 검증 · 부력 조절기와 윈치 결합형 입·회수 장치 설계 (회수를 위한 충분한 부력이 어려울 경우, 거북 발 왕복운동의 양력을 활용) · 제작 후 정지수조에서 실험 검증 - 1:1 규모 발전기 및 저장 장치를 설계하며 육상 제어 실험 수행 ○ 3차년도: 서브시스템 설계, 조립, 및 검증 - 시제품 목표 대비 1:2 규모 서브시스템(터빈, 입회수 장치) 설계, 제작 및 조립 · 터빈 서브시스템: 블레이드-기구-전달계-몸체 조립하고 회류 수조에서 성능 검증 · 입·회수 서브시스템: 변경된 수심조건에 맞게 설계, 제작하고 조립 후 회류 수조의 다양한 유속 조건(유속이 없는 경우 또는 저유속 조건)에서의 입·회수 성능 평가 - 1:1 규모 ESS 서브시스템: 모터-기어박스-발전기-에너지 저장장치(ESS)를 모듈 단위로 조립 후, 동력성능 및 변환 효율 검증을 수행할 수 있는 육상 다이나모 실험 방법 적용 ○ 4차년도: 최적 설계 및 시험 방법론 개발과 시제품 설계 및 제작 - 동적모델 활용 해석 도구 기반 최적설계 방법론 개발과 적용으로 설계 및 제작 수행 - 육상 시험용 시뮬레이터 설계 및 제작 - 1:2 규모 터빈 서브시스템에 대해 회류 수조의 수중잠항식 입자 영상 유속계(PIV - 2D2C, 2D3C)를 이용한 유체역학적 성능 평가 ○ 5차년도: 시제품 제작 완성 및 시현 - 시제품 제작 완성 - 육상 동작 시뮬레이터 시험기에서의 구동, 안전성 등 성능 평가 시험 수행 - 구조 및 기능 보강 후 회류 수조에서 최종 시현 수행 및 평가