최유진 | 기자 작성일 2026년 03월 18일
한국항공대학교 항공공학전공 김상우 교수 연구팀의 CFRP 복합재 공정 유도 변형 예측 연구가 세계적 수준의 학술지에 게재됐다.
한국항공대학교 항공공학전공 김상우 교수 연구팀의 연구 결과가 복합재 공학 분야 국제 저명 학술지 'Advanced Composites and Hybrid Materials'에 게재됐다. 이 학술지는 Materials Science, Composites 분야 상위 1% 이내에 해당하는 세계적 수준의 저널로, 영향력지수(IF)는 21.8이다.
이번 연구는 항공기 날개 구조 등에 활용되는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP) 복합재 구조물이 제조 과정에서 발생하는 공정 유도 변형(PID, Process-Induced Deformation)을 보다 정밀하게 예측할 수 있는 해석 기술을 제시한 성과다.
CFRP는 항공우주, 방산, 자동차 산업에서 구조물의 경량화와 고성능화를 동시에 구현할 수 있는 핵심 소재다. 그러나 제조 과정에서 열팽창과 화학 수축 등 다양한 물리 현상이 동시에 일어나면서 구조물 변형이 나타나는 문제가 있으며, 이는 설계 형상과 실제 제작 형상 사이의 오차를 유발해 조립 불량이나 성능 저하로 이어질 수 있다.
김상우 교수 연구팀은 항공기 날개 구조에 사용되는 CFRP 멀티스파 플랩 구조의 복합재 경화 공정에서 발생하는 변형을 분석하기 위해 유한요소법(FEM) 기반의 해석 기법을 구축했다. 복합재 경화 과정에서 나타나는 열전달, 경화 반응, 재료 물성 변화, 화학 수축 등 복합적인 물리 현상을 통합적으로 고려해 PID의 발생 메커니즘을 체계적으로 분석했다.
연구 결과, 복합재 구조물의 변형은 경화 공정 단계에 따라 서로 다른 원인으로 발생하는 것으로 나타났다. 초기 가열 단계에서는 열팽창이 주요 원인으로 작용하지만, 경화 반응이 진행되면서 화학 수축이 주된 요인으로 전환되며 변형 양상이 달라지는 것을 확인했다.
연구팀이 제시한 해석 방법은 복합재 구조물 설계 초기 단계에서 변형을 사전에 예측하고 설계에 반영하는 데 활용 가능해 항공우주 구조물 개발 과정의 기간 단축과 제조 비용 절감에 기여할 것으로 기대된다.
이번 연구는 김상우 교수가 교신저자로 참여했으며, 당시 박사과정이었던 김동협 박사가 제1저자로 수행했다. 김동협 박사는 2025년 8월 한국항공대학교에서 공학박사 학위를 취득한 뒤 현재 LIG넥스원에서 근무하고 있다.