역설계 및 3D스캐닝을 통한 항공기 전기화 가속화
차량의 전기화는 일반적으로 연료로 움직이는 자동차와 트럭에 대한 강력한 대안으로 지난 몇 년 동안 많은 이슈가 있었습니다.
여러분은 항공 우주 R&D 팀과 대학 연구 그룹이 항공기 연료 소비와 관련된 급증하는 비용과 연료 기반 항공기가 환경에 미치는 부정적인 영향을 완화하기 위해 전기 항공기를 개발하려고 노력하고 있다는 사실을 알고 있었나요? 국제 항공 운송 협회에 따르면, 연료는 항공기 총 소유 비용의 거의 50%를 차지합니다. 이것은 항공기의 전기화에 대한 설득력 있는 주장을만듭니다. 그리고 항공기 제조업체들은 이에 투자하고 있습니다.
(크레아폼의 핸디스캔 3D스캐너(HandySCAN 3D)는 KR-2 항공기의 전기화를 위한 역설계와 품질 관리에 사용되었습니다.)
퀘벡주에 있는 첨단 대학인 Université de Sherbrooke도 전기 항공기를 위한 길을 닦고 있습니다. 대학 기계공학과의 21명의 학생과 지역 대학생들이 항공 우주 산업을 변화시키기 위해 제 역할을 수행하고 있습니다. 그들의 프로젝트인 HERA (Hybrid Extended Range Aircraft)는 KR-2 2인승 항공기의 전기화로 구성된 2년에 걸친 연구 종료 프로젝트입니다.
이 엄청난 성과를 달성하기 위해 팀은 크레아폼의 핸디스캔 3D스캐너(HandySCAN 3D)를 검사, 품질 관리 및 역설계에 사용했습니다.
“우리 프로젝트의 목표는 항공기 추진에 전기를 사용할 수 있는 가능성을 증명하고, 캐나다 최초의 자국에서 생산한 전기 항공기인 전기 KR-2의 완전한 기능성과 고성능 프로토타입을 개발하는 것입니다.” - 프로젝트 리더 중 한명인 François Lachance
"이 프로젝트의 두 번째 임무는 지난 몇 달 동안 우리가 개발한 노하우와 기술을 다른 항공 우주 학교 및 회사와 공유하여 연구 결과를 통해 얻은 이익으로 자체 전기 또는 하이브리드 버전을 개발하는 것입니다."
리버스 엔지니어링 및 신제품 개발의 제품 설계 기술
프로젝트의 주요 후원자인 크레아폼은 다양한 팀원이 다양한 치수 검사를 수행할 수 있도록 HERA 팀에 핸디스캔 3D스캐너를 제공했습니다. 스캐너는 적절한 모델링을 얻기 위해 전체 항공기를 역설계하는 데 사용되었습니다.
(1) 3D모델을 구축하기 위한 3D스캐닝 및 역설계
“비행기는 개인이 제작했기 때문에 3D모델이 없었습니다. 게다가 초기 프로토타입이 완벽하게 대칭이 아니었고 일부 구성 요소의 실제 크기는 조립 계획 크기와 달랐습니다.”
- Lachance
(팀은 CAD 소프트웨어에서 사용할 수 있는 항공기의 고품질 3D모델을 주말 내에 얻을 수 있었습니다.)
(2) 빠른 역설계 프로세스
크레아폼의 3D측정 기술 덕분에 팀은 3명의 팀원 도움으로 1주일 이내에 항공기 내부와 외부 구조의 디지털 모델을 정확하고 신속하게 만들 수 있었습니다.
(3) 역설계를 통한 제품 분석
“디지털 모델의 품질은 항공기의 다양한 시스템을 설계하는 데 매우 중요했습니다.”
-Lachance
이 팀은 특히 역설계를 통해 전문가가 제품을 빠르게 분석할 수 있도록 지원하는 핸디스캔 3D스캐너의 능력에 깊은 인상을 받았습니다. 휴대성과 정확성은 전체 프로세스를 효율적으로 만들었습니다. 크레아폼의 Scan-to-CAD 기능을 가진 VXmodel 소프트웨어와 팀이 선호하는 CAD 소프트웨어의 CAD 모델로 3D 메쉬를 쉽게 능률화하는 데 도움이 되었으며 기능 또한 사용하기 쉬웠습니다.
3D스캐닝으로 측정 및 검사 프로세스 모두 가속화
Lachance는 핸디스캔 3D스캐너(HandySCAN 3D)가 전체 측정 및 검사 프로세스를 가속화했다고 언급했습니다. 수동으로 수행했을 경우 번거롭고 시간이 너무 많이 소요되고 오류 가능성도 높였을 겁니다. 더욱 인상적인 것은 기존의 수동 방법을 사용했다면 측정 및 디지털화 프로세스를 수행하는 데 최대 300시간이 걸렸을 것이라고 추정했다는 점입니다. 핸디스캔 3D스캐너를 사용하였더니 80시간 밖에 걸리지 않습니다!
결과적으로 HERA 팀은 핸디스캔 3D스캐너를 통해 200시간 이상의 측정 시간을 절약했습니다. 또한 핸디스캔 3D스캐너로 생성된 3D 모델을 통해 팀은 항공기 구조에 대한 유한 요소 분석(FEA)을 수행할 수 있었습니다.
HERA는 Bombardier, Pratt & Whitney Canada, Siemens, Unither Bioélectronique, Optis Ingénierie, L3 Harris, 크레아폼, 캐나다 국립연구위원회 및 MayaHTT 등이 참여한 개발 팀과 주요 스폰서들의 공동 협력의 결과물입니다. Lachanced는 "업계 관계자들이 유망한 공대생들과 함께 협력하면서 강력한 전기 항공기의 미래를 만들 수 있는 좋은 기회입니다."라고 덧붙였습니다.
“이 항공기에는 전기 모터와 매우 강력한 배터리를 장착할 것입니다. 주요 과제 중 하나는 리튬 이온 배터리를 안전한 방식으로 설계하고 조립하는 것이었습니다. 이것은 열 폭주를 완화하고 모터의 전기 및 기계적 성능 수준을 결정하기 위해 여러 테스트를 수행해야 한다는 것을 의미합니다.”
-Lachance
또한 팀이 직면한 또 다른 과제는 모든 항공기 시스템을 원활하게 통합하는 것이었습니다.
“우리 비행기는 북미에서 처음이기 때문에 감항성 규범과 표준이 정기 추진에 대해 아직 개발되지 않았거나 인증받지 못했습니다. 배터리와 파일럿의 안전이 무엇보다 중요합니다.”
- Lachance
HERA 팀의 작업은 밀폐된 실험실 환경이 아니라 전기 자동차를 수용하는 전용 공간에서 완료되었습니다.
"우리는 작업 위치로 인해 측정 결과의 정확성과 반복성이 저하되지 않는다고 확신했습니다."
Lachance는 핸디스캔 3D스캐너가 자체 포지셔닝 장치이고 스캐너의 위치를 부품에 고정하여 움직임과 진동에 영향을 받지 않도록 하는 동적 참조 시스템으로 인해 결과가 손상되지 않았다는 사실을 설명합니다.
(크레아폼 아카데미아(ACADEMIA) 패키지는 전 세계 학계를 위한 완벽한 3D측정 솔루션입니다.)
Université de Sherbrooke의 HERA 프로젝트는 크레아폼의 아카데미아(ACADEMIA) 교육 패키지가 전 세계의 공학 교수진이 3D측정 솔루션의 이점을 활용하여 기술 한계를 뛰어넘는 데 지원하는 방법의 한 예일뿐입니다. 실제로 많은 대학에서 학생들이 3D스캐너를 사용하는 실험실을 시작하고 있습니다. 미래의 엔지니어가 이 새로운 분야와 관련 3D측정 기술을 통해 계측 연구 및 실습에 대해 배우고 놀라운 프로젝트를 개발할 수 있도록 합니다.
* 아카데미아의 경우, 크레아폼 모든 장비가 교육용으로 공급 가능하며 교육기관만 납품 가능합니다.
출처 https://www.creaform3d.com/blog/accelerating-aircraft-electrification-with-reverse-engineering-and-3d-scanning/